Une avalanche dans un tas de sable commence par un seul grain. Personne ne sait exactement où il se détachera ni quelle sera l'ampleur de l'écroulement. Mais si l'on verse du sable pendant longtemps, le tas atteint de lui-même un état où les avalanches de toutes tailles – des petites coulées aux effondrements géants – suivent la même loi. Les physiciens appellent cela la criticalité auto-organisée : un système qui, sans contrôle externe, se maintient au bord de l'instabilité, où chaque événement peut être la goutte d'eau qui fait déborder le vase.
En mars 2023, le satellite GECAM a capté le deuxième sursaut gamma le plus brillant jamais observé – GRB 230307A. Les détecteurs ordinaires auraient été saturés par un tel flux, mais GECAM était équipé d'une protection spéciale contre la saturation et a enregistré l'intégralité du sursaut de 35 secondes sans aucune perte. Dans la courbe de lumière, les astronomes ont identifié des centaines d'impulsions distinctes – comme des avalanches individuelles dans un même grand tas.
Chaque impulsion est une éjection locale d'énergie. Les scientifiques ont mesuré sa luminosité de pic, sa durée et la pause avant l'impulsion suivante. Il s'est avéré que les distributions de ces grandeurs suivent des lois de puissance : il n'y a pas de taille caractéristique, seulement un spectre continu allant des événements faibles aux événements forts. Les pentes de ces lois de puissance correspondent aux prédictions théoriques pour la criticalité auto-organisée tridimensionnelle.
Ce comportement est caractéristique de la reconnexion magnétique – un processus où les lignes de champ magnétique se brisent et se réorganisent, libérant de l'énergie. C'est exactement ainsi que fonctionnent les éruptions solaires. Le sursaut gamma GRB 230307A s'est comporté comme une éruption solaire géante, mais dans une galaxie lointaine. C'est un argument fort en faveur de l'idée que l'énergie dans le jet du sursaut gamma est transportée par le champ magnétique, et non simplement par l'énergie cinétique de coquilles en collision.
L'avalanche dans le tas de sable et le sursaut gamma se sont révélés être des parents. Tous deux sont des exemples de systèmes qui s'organisent eux-mêmes dans un état critique, où des événements de toutes échelles suivent une même loi. Maintenant qu'un seul sursaut a fourni des centaines d'impulsions, nous voyons pour la première fois cette auto-organisation en action – non pas dans la statistique de nombreux objets, mais dans une seule explosion cosmique.
GRB 230307A était si brillant que les détecteurs gamma ordinaires auraient été saturés, mais GECAM avait une protection spéciale contre la saturation et a tout enregistré sans pertes. Le sursaut a duré environ 35 secondes, mais pendant ce temps, il a libéré une énergie comparable à celle que le Soleil émet en des milliards d'années.