Les sursauts gammas pourraient être dus à des trous noirs chargés

Paris, le 16 juillet 2001

L'équipe italo-française, conduite par Remo Ruffini, titulaire de la chaire de physique théorique à l'Université de La Sapienza à Rome, est composée de trois autres chercheurs de l'Université de Rome : Carlo Bianco, Federico Fraschetti et She-Sheng Xue, et d'un français, Pascal Chardonnet, membre du Laboratoire d'Annecy-le-vieux de Physique Théorique (CNRS) et maître de conférence à l'Université de Savoie.

Ces chercheurs ont utilisé les données des satellites pour comparer leur théorie aux observations. Les sursauts sont des explosions cosmiques qui produisent une gigantesque quantité de rayons X et gamma en un temps très court. Dans trois articles publiés dans l'Astrophysical Journal, ils montrent que l'évolution temporelle du sursaut (burst) et de ses retombées peut être expliquée par leur modèle relatif à la formation d'un trou noir doté de champ électromagnétique. Ce phénomène est basé sur la possibilité qu'un intense champ électrique puisse être formé au moment de l'effondrement d'une étoile massive en trou noir.

Comme cela avait été prévu par Werner Heisenberg, mais jamais vérifié auparavant, l'énergie de ce champ électrique peut être convertie en un dix milliardième de nanoseconde en électrons et anti électrons (positrons). Ces paires d'électron-positron entrent en collision et en expansion à des vitesses ultra relativistes incomparablement plus élevées que celles produites dans les plus puissants accélérateurs terrestres. Elles créent une gigantesque impulsion d'énergie formée d'électrons-positrons et de photons, définie par les auteurs comme l'impulsion électromagnétique en paire (pair electromagnetic pulse ou PEM pulse), par analogie avec un phénomène similaire observé dans les explosions de bombe atomique (EM pulse). Ce PEM pulse entre ensuite en expansion à une vitesse voisine de celle de la lumière et produit, en interagissant avec les restes de matière de l'étoile, l'intense flash gamma observé. Un calcul détaillé de l'évolution de cette boule de feu a été effectué par l'équipe italo-française et comparé avec les données X du sursaut de rayons gamma observé le 16 décembre 99. Ces calculs ont permis de déduire que 99.9 % de l'étoile initiale, d'une masse équivalente à environ 22 fois la masse solaire, s'est transformée en trou noir chargé avec une charge d'environ 10 % de la charge maximale théorique.

"L'accord théorie-expérience est excellent" déclare le Professeur Ruffini. "L'observation des sursauts gamma nous donne un outil sans précédent pour tester le modèle et confirmer que nous sommes les témoins, pour la première fois, de la formation d'un trou noir doté de structure électromagnétique, ainsi que de l'extraction de son énergie par création de paires de matière-antimatière". Le fait que les trous noirs ne soient pas seulement des aspirateurs d'énergie mais représentent la plus grande source d'énergie dans l'Univers, chacun pouvant atteindre un maximum de 50 % de l'énergie de masse du trou noir doté de structure électromagnétique, a été exprimé dans une formule de masse devenue classique aujourd'hui et élaborée par Christodoulou et Ruffini en 1971 à Princeton. C'est aussi à Princeton que le français Thibault Damour, aujourd'hui membre de l'Académie des Sciences, et Remo Ruffini avaient démontré en 1975 que le processus de création de paire électron-positron est un mécanisme très efficace pour extraire de l'énergie d'un tel trou noir. 25 ans plus tard, grâce à l'évolution des télescopes spatiaux, nous assistons à la confirmation spectaculaire de ces résultats théoriques.

Dans le premier article, les auteurs proposent un nouveau paradigme conceptuel pour l'interprétation des structures spatio-temporelles des sursauts gamma. Ce paradigme s'appelle le RSTT (Relative Space Time Transformation). Dans le deuxième article, les auteurs proposent un autre paradigme pour interpréter la structure détaillée des sursauts gamma : l'IBS (Interpretation Burst Structure).

Dans le troisième article, les chercheurs avancent l'idée que le violent impact de la boule de feu en expansion sur une étoile voisine peut, sous certaines conditions, induire la formation d'une supernova. Ils suggèrent que cela pourrait expliquer l'association des sursauts gamma avec les supernovae et reproduire les observations de raies d'émission de fer observées dans le sursaut de décembre 1999 : un carambolage cosmique inconcevable jusqu'à présent vu l'immense quantité d'énergie dégagée. Ce troisième article fait également état d'un nouveau paradigme qui établit la correcte séquence temporelle entre les sursauts gamma et les supernovae. Ce paradigme s'appelle le GSTS (GRB Supernova Time Sequence).

La grande nouveauté et la profondeur de vue de ces trois articles fondamentaux a conduit l'Astrophysical Journal à les publier, fait rarissime, simultanément dans le même numéro.

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