Deux photos d'un même phare : comment on a deviné la forme d'un jet cosmique ✎

Original: "The angular structure of the GW170817 jet from prompt emission alone"
· R. Moradi, R. Ruffini
arXiv:2609.04776v1 · 2026-09-04 · arXiv non-exclusive · analyse indépendante · 2 min
En comparant deux explosions identiques vues sous des angles différents, on a reconstitué la répartition de la lumière dans un jet invisible.

Un phare éclaire différemment selon l'endroit d'où on le regarde. Si un bateau navigue droit dans le faisceau, la lumière paraît éblouissante. Si depuis la côte on ne voit que le bord du faisceau, le phare semble terne. Deux photos d'un même phare sous des angles différents aident à comprendre comment sa lumière est organisée. C'est à peu près ainsi que les scientifiques ont élucidé deux explosions cosmiques.

La première, GRB 090510, était brillante comme un phare dans les yeux : nous la regardions presque exactement le long de son jet. La seconde, GW170817, est née de la fusion de deux étoiles à neutrons et s'est révélée un million de fois plus faible. On a longtemps cherché à comprendre pourquoi : soit on la voyait de côté, soit le jet lui-même était hétérogène.

Un jet est un flux étroit de matière éjecté lors d'une explosion à une vitesse proche de celle de la lumière. L'angle sous lequel on l'observe détermine sa luminosité apparente.

Les scientifiques ont supposé que les deux explosions étaient des systèmes identiques, simplement vus sous des angles différents : la première le long de l'axe, la seconde sous un angle d'environ 20 degrés. Ils ont comparé la luminosité et la couleur des deux sursauts et ont obtenu un nombre simple : l'énergie dans le jet croît comme la vitesse de la matière à la puissance 3.76. Cela signifie que le jet est hétérogène : au centre, il est rapide et brillant, tandis que vers les bords, il ralentit et s'assombrit. Cette explication a éliminé plusieurs modèles antérieurs. Il s'est avéré que la faiblesse de GW170817 n'est pas un hasard de perspective, mais une propriété du jet lui-même. Sur notre ligne de visée, la matière émet simplement moins d'énergie. Cette découverte aide à mieux comprendre comment fonctionnent les explosions dans l'Univers et pourquoi nous n'en voyons qu'une petite partie.

Le délai entre les ondes gravitationnelles et le rayonnement gamma de GW170817 était de 1.74 secondes. Sur ce total, 0.41 seconde s'explique par la dispersion angulaire du rayonnement, et le reste par le temps qu'il a fallu au jet pour percer l'enveloppe de matière éjectée lors de la fusion.

Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, un signal venu de l'espace se présente sous la forme d'une séquence d'impulsions que les héros déchiffrent comme une structure. Ici, la structure du jet est également reconstruite à partir de deux impulsions, mais au lieu d'un message extraterrestre, ce sont deux sursauts gamma naturels vus sous des angles différents.

n = \frac{\ln(E_{\mathrm{iso}}^{(A)}/E_{\mathrm{iso}}^{(B)})}{\ln(E_{\mathrm{p,i}}^{(A)}/E_{\mathrm{p,i}}^{(B)})}
Le rapport des logarithmes des énergies isotropes et des énergies de pic des deux sursauts donne la pente de la dépendance de l'énergie émise en fonction du facteur de Lorentz.
E_{\mathrm{p,i}} \propto \Gamma(\theta_{\mathrm{v}})
L'énergie de pic du spectre est proportionnelle au facteur de Lorentz de la matière sur la ligne de visée.
R_{\gamma} = 2\Gamma^2(\theta_{\mathrm{v}}) c T_{\mathrm{ang}}
Le rayon auquel le sursaut gamma est émis est déterminé par le facteur de Lorentz et le temps de dispersion angulaire.
Notions
sursaut gamma