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Du plasma plus rapide que la lumière à l’origine des courbes de luminosité des sursauts gamma

Des astrophysiciens du Collège de Charleston, en Caroline du Sud, ont peut-être trouvé l’explication à l’étrange symétrie de luminosité des sursauts gamma. Cela pourrait avoir comme origine du plasma qui se déplace plus vite que la lumière.

Image 1 : Du plasma plus rapide que la lumière à l'origine des courbes de luminosité des sursauts gamma

Rassurez-vous tout de suite : aucune loi physique n’a été violée, et rien ne peut voyager plus vite que la lumière dans le vide. En revanche, elle ralentit lorsqu’elle traverse de la matière, par exemple des gaz interstellaires, et d’autres particules peuvent alors la dépasser. Et cela pourrait bien être l’explication à l’étrange symétrie de luminosité des sursauts gamma, les événements les plus lumineux de l’univers après le Big Bang.

Du plasma qui voyage plus vite que la lumière… dans des gaz interstellaires

Le modèle mis au point par les deux chercheurs, Jon Hakkila et Robert Nemiroff, explique comment l’onde de choc d’un sursaut gamma passe d’une vitesse subluminique à une vitesse supraluminique. Dans le vide, les jets de plasma voyagent à une vitesse inférieure à celle de la lumière. Mais lorsqu’ils traversent des nuages de gaz interstellaires, la lumière ralentit et le plasma voyage alors plus vite qu’elle dans ce milieu.

Pour rappel, il n’y a rien d’impossible à ce que des particules aillent plus vite que la lumière, la seule limite étant la vitesse de la lumière dans le vide. C’est d’ailleurs la vitesse supraluminique de certaines particules, ou plus exactement l’onde de choc avec le milieu environnant, qui explique l’effet Cherenkov, c’est à dire la lueur bleue visible dans l’eau autour du cœur d’un réacteur nucléaire.

Les sursauts gamma semblent remonter le temps

Dans le cas d’un sursaut gamma, les fluctuations de luminosité enregistrées dessinent un motif symétrique autour d’un pic principal. Autrement dit, ces fluctuations semblent à la fois nous parvenir dans l’ordre et en sens inverse, comme si elles remontaient le temps.

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Image 2 : Du plasma plus rapide que la lumière à l'origine des courbes de luminosité des sursauts gamma

Selon le modèle mathématique des deux astrophysiciens, cette symétrie est la preuve que du plasma passe d’une vitesse subluminique à une vitesse supraluminique, produisant un rayonnement de collision de type Cherenkov. Et c’est cette transition, ainsi que celle inverse (passage d’une vitesse supraluminique à une vitesse subluminique), qui se visualise par des fluctuations symétriques de luminosité.

Image 3 : Du plasma plus rapide que la lumière à l'origine des courbes de luminosité des sursauts gamma
A gauche, la lumière émise par une source subluminique. A droite, celle émise par une source supraluminique.

Par analogie, on peut prendre l’image d’un bateau se déplaçant sur un lac et créant des ondulations à sa surface. Lorsque le bateau avance plus lentement que les vagues créées, une personne sur le rivage les verra arriver dans l’ordre de leur création. Mais si le bateau va plus vite que les ondulations créées, il dépassera la première vague, créera une nouvelle ondulation devant celle-ci, et ainsi de suite. Pour l’observateur sur le rivage, les premières ondulations arriveront en sens inverse à leur création. Puis le reste des vagues arrivera dans le sens de leur création. On retrouve ici le même motif symétrique que celui visible dans les fluctuations de luminosité d’un sursaut gamma.

Ce modèle parvient à expliquer de nombreuses observations de sursauts gammas, qui restaient jusqu’à présent sans explication. Mais les chercheurs ajoutent qu’il reste encore beaucoup de travail à accomplir, en particulier pour comprendre comment sont générés les sursauts gammas eux-mêmes.

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Source : arXiv