SURSAUTS DE RAYONNEMENT GAMMA

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SURSAUTS DE RAYONNEMENT GAMMA

G. Vedrenne

To cite this version:

G. Vedrenne. SURSAUTS DE RAYONNEMENT GAMMA. Journal de Physique Colloques, 1975, 36 (C5), pp.C5-185-C5-192. �10.1051/jphyscol:1975548�. �jpa-00216403�

SURSAUTS DE RAYONNEMENT GAMMA (*)

G. VEDRENNE

Centre Etude Spatiale des Rayonnements, 31 Toulouse, France

Résumé. — Des satellites de la série Vêla ont récemment mis en évidence la présence de sursauts y dans le domaine d'énergie 0,2-1,5 MeV. Ces sursauts durent en moyenne de 0,1 à 10 s et ils présentent une structure temporelle fine avec des impulsions inférieures à quelques dizaines de millisecondes.

Grâce à des observations simultanées à bord de différents satellites, il a été possible de préciser leur origine spatiale mais aucune corrélation n'a pu être faite avec des objets connus. Malgré le caractère fragmentaire des informations recueillies, de nombreuses théories ont été déjà proposées pour rendre compte de ces phénomènes.

1. Introduction. — L'Astronomie X et y a apporté définitive de nombreuses situations peuvent exister ces dernières années deux résultats tout à fait remar- dans l'Univers pour lesquelles on est raisonnablement quables : l'existence de sources X associées à des en droit d'attendre des émissions soudaines et vio- systèmes binaires dont l'un des compagnons pourrait lentes de photons très énergétiques. Le soleil qui est être une étoile à neutrons et dans certains cas un trou une étoile tranquille ne nous a-t-il pas déjà apporté noir, mais aussi la découverte de sursauts y de courte la preuve de ces manifestations violentes (événement durée non corrélés à l'activité solaire. Ces derniers d'août 1972), avec émission de flux énormes de phénomènes ont été annoncés à la Conférence de particules chargées, de photons X et même de Denver en 1973, mais déjà à la fin de 1972 Klebesadel photons y.

et Strong avaient fait la preuve de l'existence de tels Avant d'examiner les processus physiques et les sursauts y [1]. Cette découverte totalement insoup- types d'objets qui pourraient être à l'origine de ces çonnée a bien sûr suscité un intérêt considérable dans sursauts, il est essentiel de présenter leurs carac- la communauté scientifique. Les théoriciens se sont téristiques.

emparés des premiers résultats et ils ont très vite

élaboré de nombreuses théories tout à fait 2. Caractéristiques générales des sursauts. — La passionnantes. série des satellites américains Vêla dont les orbites

Cependant, ne disposant à l'heure actuelle que de sont presque circulaires avec un apogée de 120 000 km, 39 événements pour lesquels on ne peut donner aucune c'est-à-dire bien au-delà des ceintures de radiation, origine spatiale précise, il a été à ce jour tout à fait avaient pour mission la détection d'explosions impossible de résoudre le problème de l'origine de ces nucléaires, et donc d'une manière générale la recherche sursauts et du mécanisme d'émission. Un énorme d'excès de flux de photons y de quelques centaines travail reste donc à faire; pourtant l'examen des de keV. Grâce au Satellite VELA4 il fut possible, différentes théories proposées laisse penser qu'en pour la première fois, d'avoir une information précise sur le temps d'apparition des événements, ce qui permit (*) Cet article repose pour une large part sur des résultats expé- d'entreprendre la recherche de sursauts apparaissant rimentaux et théoriques publiés dans le cadre des Symposiums : e n m ê m e t à b o r d d g 2 satellites Souvent très de Los Alamos (septembre 1973), de Frascati (9th ESLAB Sympo- ,. . , ., , . ,

sium, juin 1974) ; de Varna (COSPAR Symposium on Fast Tran- éloignes 1 un de i autre.

sients in X and y-rays, juin 1975). A la surprise générale des scientifiques responsables Il n'est pas fait référence à l'ensemble des résultats publiés à ce du projet, de tels événements furent observés et ils ne jour car l'objectif de cet article n'est pas de faire une étude exhaus- p o u v aie n t e n a u c u n c a s être expliqués par des COÏnci- tive sur le sujet mais plutôt de dégager quelques informations gêné- ^H„^{n r}. „ ^fctrtuu^P<i A mini attribuer ces hnismies sursauts raies concernant les caractéristiques de ces sursauts ainsi que les d e n c e S t n r t u l t e s- ^A 1^{u 0 1} attribuer ces brusques sursauts principales théories proposées pour les expliquer. enregistres simultanément en 2 points très éloignés de

Abstract. — The Vela satellite series has recently detected gamma bursts in the 0.2-1.5 MeV energy range. These bursts last an average of from 0.1 to 10 s and have a fine time structure, with pulses lasting less than several tens of milliseconds.

With simultaneous observations from different satellites it has been possible to determine the spatial origin of some of the bursts. No correlation, however, has been made with known objects. In spite of the fragmentary character of the information received to date, several theories have already been proposed to account for these phenomena.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1975548

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l'espace ? Dès que fut écartée la possibilité d'une origine solaire, il fallut se rendre à l'évidence, seule une émission de photons y énergétiques pouvait expliquer les excès de flux observés. En effet, il est peu probable que des particules arrivent en même temps en 2 points très éloignés de l'espace et d'ailleurs des détecteurs embarqués à bord des satellites Imp 6 ou 7 et disposant d'un système d'anticoïncidence pour éliminer la contribution des particules chargées (scin- tillateur plastique entourant le scintillateur d'analyse de Na1 ou CsI) enregistrèrent aussi de tels excès de flux. Signalons à ce propos que les détecteurs choisis pour observer des sursauts y n'ont pas besoin d'être sophistiqués car les excès de flux observés par rapport au bruit de fond moyen des détecteurs utilisés repré- sentent 10 à 20 déviations standards même lorsque ceux-ci sont omnidirectionnels. Il n'a donc pas été nécessaire de disposer de détecteurs à très faible bruit de fond pour que se révèlent ces phénomènes. En revanche la présence de détecteurs de photons y opérant simultanément en différents points de l'espace a été beaucoup plus précieuse pour leur mise en évidence.

La figure 1 montre par exemple le type de sursauts y observés à bord de 3 satellites Véla. Pour chaque événement enregistré à bord de ces trois satellites les sursauts présentent une même structure fine qui est une preuve décisive de cette arrivée de photons y au niveau des différents détecteurs.

TEMPS

(miri.) TEMPS i s)

( ECHULE ) (ECHELLE LOG)

LINEAIRE

FIG. 1. - Taux de comptage en fonction du temps pour le sursaut du 22 août 1970 (70-2) enregistré par 3 satellites Véla. Les flèches indiquent les caractéristiques qui se retrouvent dans les 3 enregis-

trements [ I l .

La réalité des sursauts y ne faisant plus de doute, tous les expérimentateurs ayant fait voler en ballon ou en satellite des détecteurs y se sont précipités sur des enregistrements passés pour voir si des sursauts existaient dans les taux de comptages enregistrés.

Ainsi des événements observés par un satellite Véla ou Imp furent confirmés par les observations d'autres satellites tels : OS0 6, Apollo 16, OGO 5, Uhuru, OS0 7, TD 1, Cosmos, Prognoz, SAS II, etc ...

A l'heure actuelle 39 événements ont été confirmés au moins par 2 observations simultanées et 16 groupes de recherches ont apporté une contribution dans ce domaine.

Malgré ce nombre d'événements il est difficile de définir une structure type pour ces sursauts, Klebesadel a pourtant tenté tout récemment de situer leurs principales caractéristiques [2].

TABLEAU 1 Paramètres des sursauts

Valeur typique Densité totale d'é-

nergie erg/cm2 3 x 1 0 - j à 5 x IO-^ IO-^

Intensité maximum

erg/cm2. s 5 x 1 0 - ~ à 5 x IO-" IO-"

Durée totale (s) 0,l à 100 3

Durée d'une impul-

sion (s) 0,02 à 10 1

Temps de montée (s) 0,02 à 1

2.1 ENERGLE MISE EN JEU. - 11 apparaît dans le tableau précédent que l'énergie totale contenue dans un événement est bien sûr variable avec une valeur typique de IOp4 erg/cm2 ; en fait cette valeur est plus représentative des performances des détecteurs (sen- sibilité et bruit de fond ambiant) que d'une énergie caractéristique pour l'ensemble des sursauts. Nous verrons d'ailleurs qu'un des problèmes pour le futur est d'abaisser le seuil de sensibilité des détecteurs afin de voir comment varie le nombre d'événements observés lorsque l'énergie minimum détectable dimi- nue au-dessous de 5 x erg/cm2. Ce problème est fort important car on souhaiterait que le nombre de sursauts de faible énergie soit plus élevé. L'étude statistique de leurs caractéristiques serait alors favo- risée comme dans le cas des sursauts solaires.

A l'heure actuelle avec les seuils de sensibilité existants en moyenne, 6 événements sont à attendre par an ce qui laisse présager à ce rythme une recherche de longue haleine.

2.2 STRUCTURE TEMPORELLE. - Le tableau 1 indi- que également que la durée de ces sursauts est très variable (3 ordres de grandeur). L'événement le plus court 69-3 (3e événement observé au cours de I'an- née 1969) a duré 0,1 s (Fig. 2). On peut remarquer

EVENEMENT ^NO 69 - 3 17 Sept 1969 Tl. 927s .TU

tenys après déclenchement (m s

FIG. 2.- Evénement du 17 septembre 1969 [23]. Les quatre premiers échantillons sont obtenus avec une résolution de 16 ms

et ils montrent les brusques variations de flux qui existent.

à propos de cet événement qu'une structure fine est présente avec des fluctuations très supérieures aux fluctuations purement statistiques. Ces variations rapides du flux semblent être inférieures à la résolution temporelle de l'électronique soit 16 ms. Ceci impli- querait une dimension de la région d'émission inférieure à 5 000 km. Par contraste la figure 3 pré- sente un exemple d'événement long. Pour ces événe-

Evenement N071.2 - ^{15 Mars} 1971 - 40.827s. TU

- ^{!tl *1 *O}

Vela 6 A

hUt!JE!o_ii>

1 ° " b i i i i 4 _{6 !}

temps h u l 6 après le déclenchemd de 5B (s) FIG. 3. - Evénement du 15 mars 1971 [23]. Cet événement montre une structure temporelle fine et en plus 5 s après le début de l'événement un pic secondaire. La résolution sur Véla 5B est alors de 1 s et aucun détail de structure n'est accessible. Ces détails sont obtenus grâce a l'enregistrement plus tardif de l'événement

par Véla 6A.

ments dont la durée peut être supérieure à plusieurs secondes il n'existe pas toujours de structure fine apparente.

Indiquons à propos de ces événements enregistrés par les satellites Véla que la précision en temps varie de façon logarithmique. Par contre, d'autres satellites ont enregistré des événements avec une résolution en temps constante. La figure 4, qui donne l'exemple d'un événement observé dans ces conditions, montre

TEMPS UNIVERSEL I s d e )

FIG. 4. -Sursaut y enregistré par un détecteur Ge(Li) et par le détecteur d'anticoïncidence qui l'entoure [6].

en outre un inconvénient majeur des détecteurs Véla : ils perdent très souvent l'information correspondant au début de l'événement et ils ne permettent pas d'observer un sursaut précurseur qui existe dans certains cas (Fig. 5).

Signalons enfin que des impulsions secondaires ou after pulse peuvent apparaître plusieurs secondes après le sursaut principal (Fig. 3) mais là encore cette structure ne se retrouve pas pour tous les événements.

Ces quelques remarques sur la structure temporelle des sursauts témoignent bien de leur grande diversité.

2.3 SPECTRES. - Les spectres des sursauts n'ont pas pu être obtenus par les satellites Véla qui enre- gistraient un comptage intégral au-dessus d'un seuil variant suivant le détecteur entre 150 et 350 keV environ, en revanche, les satellites Imp 6 et 7 ont pu donner le spectre de nombreux sursauts. Ces spectres qui s'étendent entre quelques keV et environ 1 MeV, semblent présenter une configuration caractéristique.

La figure 6 montre en effet, pour quelques événe- ments, qu'une seule fonction spectrale peut être adoptée pour représenter ces spectres : un spectre différentiel de forme exponentielle avec une énergie caractéristique de 150 keV entre 100 et 400 keV environ suivi au-delà de cette énergie d'un spectre en loi de

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r O X- RAY

TEMPS UNIVERSEL ( h min.s) ENERGIE (kev)

FIG. 7. - Spectre de 2 événements y, l'un observé à bord d'Apollo 16 FIG. 5. - Structure temporelle fine de l'événement du 27 avril 1972

[51. par les détecteurs X et y [5], l'autre par Imp 6 et O S 0 7 [4].

Ey Ikevl Ey Ikev)

FIG. 6. - Spectre moyen pour les 9 premiers événements enregistrés par Imp 7 [3].

puissance avec un exposant - 2,5 [3]. Pour deux évé- nements 72-04 et 72-06, une analyse plus fine a été faite [4, 51 (Fig. 7) et les spectres obtenus pourraient être représentés par 2 courbes en loi de puissance de pente différente - 1 jusqu'à 100 keV et - 2,5 au-delà de quelque 100 keV. Cette similitude dans les spectres qui différencie les sursauts y des événements solaires et des émissions de source X, si elle s'avérait tout à fait sûre, impliquerait un mécanisme de production des photons X et y très régulier et dépendant de quelques paramètres fixés.

Outre cette allure spectrale déteminée pour touté la durée d'un événement il a été possible de préciser

l'évolution du spectre au cours d'un même événement.

Les observations faites par Imhof [q sur I'événe- ment 72-07 semblent montrer que le spectre est plus dur pendant le sursaut le plus intense et ensuite qu'il devient plus mou. Ceci semble confirmé par l'examen de la figure 8 qui présente le spectre de l'événement 72- 01 vu par Cosmos 461 et Véla 6A.

E 1 - ^{, - 3 I} 72-01 72/01/17 VELA 5 B

' 1

-50 Cpl %,O l@,O 15/, 20,O 225P 34a 35,O L0,O L5

TEMPS RtLATlF A 63555 S 1.U

FIG. 8. - Comparaison des données de :Véla et Cosmos 461 pour l'événement 72-01 121.

Aucune structure fine caractéristique de réactions nucléaires typiques n'a été mise en évidence.

Ces caractéristiques spectrales sont encore insuf- fisantes pour pouvoir rattacher un processus de production à ces émissions de photons X et y.

2.4 DISTRIBUTION SPATIALE. - L'astronomie X a fait des progrès fulgurants dès l'instant où, en plus des informations temporelles et spectrales, il a été possible d'obtenir une identification des sources X avec un objet optique ou radio. Les sources X furent alors bien mieux définies car il pouvait leur être associé des paramètres physiques fondamentaux déduits des caractéristiques optiques ou radio. Cette réflexion nous montre donc tout l'intérêt pour la compréhension de ces sursauts y d'une identification de la source. Malheureusement si cette identification peut être faite avec une précision de la minute d'arc

et bientôt de la seconde d'arc en astronomie X, il n'en est pas de même en astronomie y car les détecteurs pour être directifs sont placés dans des puits de substance active Na1 ou Cs1 destinés à arrêter les photons au dehors de l'angle d'ouverture choisi (en général plusieurs degrés). La localisation d'une source y par ce moyen reste donc très éloignée des possibilités de l'astronomie X. Pourtant l'étude des sursauts y présentant en général un front de montée raide et une structure fine doit permettre par une mesure précise du temps d'arrivée à différents satellites de donner la direction d'émission des photons.

En effet, la différence de temps d'arrivée à 2 satellites pour un flux parallèle de photons y définit un cône dont l'axe est la ligne qui joint les 2 satellites et dont l'angle d'ouverture est donné par

c vitesse de la lumière, At différence entre les temps d'arrivée aux deux satellites et d distance entre les deux satellites. La connaissance de At et de d permet de définir un grand cercle sur la voûte céleste. 3 satel- lites pris deux à deux définissent 2 grands cercles dont les intersections donneront 1 couple de points sur la voûte céleste symétriques par rapport au plan orbital des 3 satellites. La détermination des directions d'émission est d'autant plus précise que les satellites sont éloignés et que la mesure absolue de l'instant d'apparition d'un sursaut est mieux connue. La figure 9 indique la précision qu'il est permis d'atteindre dans différentes conditions. A l'heure actuelle comme les satellites Véla ou Imp ne peuvent être très éloignés l'un de l'autre et que la précision de restitution du temps n'est pas toujours très soignée (quelques dizaines de millisecondes), il en résulte que le cercle decoupé sur la voûte céleste a une assez grande épaisseur et donc l'incertitude sur la direction d'arrivée est importante. Néanmoins, 16 événements ont été classés en combinant cette technique avec l'observation de quelques sursauts à l'aide de détecteurs directifs.

Les résultats sont reportés sur la figure 10.

SEPARATION (A.U ',

FIG. 9. - Précision sur la détermination d'arrivée du sursaut en fonction de la distance entre les satellites et de la précision dans la

mesure absolue du temps [3].

FIG. 10. - Distribution des sursauts y 121.

Dans la situation actuelle, compte tenu des incer- titudes indiquées précédemment l'identification d'une source spécifique ou même d'une classe générale d'objets astronomiques n'est pas possible, un trop grand nombre d'objets pouvant être catalogués dans la direction générale indiquée. On peut néanmoins tenter de voir si ces sources se distribuent uniformé- ment sur la voûte céleste ou s'il existe quelques indications d'une accumulation dans le plan galactique ou en direction du centre galactique par exemple.

Pour cela on peut considérer la distribution des sources en fonction de la latitude galactique et tester ainsi l'isotropie de la distribution. La figure 11 indique le nombre de sources situées au-dessus d'une latitude donnée en fonction de cette latitude. La comparaison avec les résultats que, donnerait une distribution isotrope de 10 sources révèle un certain déficit à haute latitude, il n'est cependant pas très significatif.

Une étude similaire de leur distribution en longitude semblerait indiquer une concentration des directions vers l'anticentre. Comme le soleil est à quelques dizaines de parsec au plus du bord interne du bras spirale d'Orion et à environ 1 kpc du bras interne le plus proche (Sagittaire) [7], si les sources sont situées dans un volume de 1 kpc elles seront détectées en plus grand nombre dans la direction opposée au

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FIG. I I . - Distribution en latitude de IO sursauts y comparée à la distribution de 10 sources réparties au hasard [8].

Centre Galactique [8]. Ces conclusions ne sont abso- lument pas définitives; elles peuvent néanmoins apporter quelques arguments en faveur d'une origine galactique.

2.5 DISTANCE DES SOURCES. - Devant ces incer- titudes qui ne peuvent être résolues par les analyses précédentes, il reste un dernier classement à considérer pour essayer de préciser les distances de ces sources indépendamment de leur direction. Ce classement consiste à porter le nombre de sources N(S) ayant un flux supérieur à S en fonction de S.

Cette fameuse distribution (Log N - Log S ) utili- sée en particulier pour le comptage des quasars doit donner des lignes droites de pente .- $, - 1 et - dans le cas respectivement d'une distribution des sources uniforme à trois dimensions, à deux dimen- sions et à une dimension.

En dessous du point ou joue le seuil de sensibilité du détecteur la droite s'infléchit et tend vers une horizontale. La figure 12 indique cette distribution

UNIQUE

C m

* C -

E' ^CATALOGUE

al .al C

.Z loo-

--

Z

- -

\

FIG. 12. - 'Classement des événements en fonction de leur énergie.

Une courbe de pente 1,5 semble en accord avec les derniers résultats de Imp 7 [3].

pour 21 événements confirmés ou non, observés par Imp 7 de novembre 1972 à septembre 1974.

D'après cette figure il apparaît que la droite de pente

- 1,5 représente bien la distribution des sources en particulier lorsque les seuils de détection de dispositifs expérimentaux deviennent de plus en plus bas. Donc si les événements sont d'origine galactique, l'existence d'une rupture de pente reste à prouver à moins que les sources soient proches.

Remarquons enfin à propos de cette distribution des événements qu'il n'est pas à l'heure actuelle exclu que des sursauts présentant des structures temporelles tout à fait similaires soient en fait associés à la même source. Ce serait par exemple le cas des événements 71- 02 et 72-02 qui présentent des caractéristiques très voisines (énergie, structure fine) et qui pourraient être associés à la direction de Cyg XI [2].

3. Sources possibles de sursauts y. - comme nous venons de l'indiquer les incertitudes expérimentales actuelles et le faible nombre d'événements détectés ne permettent pas de dire de façon certaine si les sursauts observés sont d'origine galactique ou extra- galactique. Compte tenu de l'énergie des sursauts, l'énergie mise en jeu à la source doit être située entre et ergs si l'échelle des distances s'étend de 100 pc à 1 Mpc. $1 n'est pas étonnant que dans ces conditions les théories proposées pour expliquer ces sursauts soient très diverses. Nous allons indiquer très succinctement les différentes hypothèses qui ont été avancées pour en rendre compte.

3.1 SOURCES GALACTIQUES. - 3.1 .1 Etoiles érup- tives. - Stecker et Frost [9] ont fait un rapprochement entre la structure des sursauts y et celle des émissions X en périodes d'activité solaire. Dans ce cas l'énergie libérée provient d'une dissipation de l'énergie magné- tique avec accélération des particules du plasma.

Les émissions X seraient dues à des processus non thermiques (rayonnement de freinage d'électrons accélérés pendant le sursaut). L'efficacité de ce pro- cessus d'émission est faible (& = IOp5). Par consé- quent, l'émission d'un sursaut y par un tel processus devrait être accompagnée d'une forte émission de photons visibles, ultraviolet et X, mais celle-ci n'a pas encore été mise en évidence.

L'efficacité du processus de production des pho- tons y peut être accrue si.l'émission X correspond au rayonnement de freinage d'un plasma très chaud (T

-

Outre des émissions de photons y par rayonnement de freinage peuvent être considérées, toujours dans le cadre d'éruptions d'étoiles, deux autres possibilités :

a) L'émission de photons y produits par effet Compton Inverse entre photons de la lumière stellaire et électrons de grande énergie (plusieurs centaines de MeV) accélérés pendant l'éruption. Comme cette théorie fait appel à des étoiles du type soleil, c'est-à- dire à des objets qui présentent des enveloppes convectives, une vitesse de rotation lente (quelques jours) et des champs magnétiques modestes (< 103 G), on ne peut rendre compte de l'énergie libérée car celle- ci est quelque 109 fois plus forte que celle émise dans une éruption solaire. Pour diminuer cette énergie mise en jeu on peut supposer que l'émission Compton Inverse est directive, c'est-à-dire que des pinceaux d'électrons (à comparer aux jets coro- naux) donnent une émission de photons y dans un cône de faible angle d'ouverture, l'énergie totale nécessaire pour expliquer le sursaut serait alors réduite (914 n = mais bien sûr pour respecter le taux d'apparition des sursauts il faut augmenter soit le nombre de ces objets, soit leur taux d'éruption.

Ce modèle a été proposé par Brecher et Morrisson [IO].

b) L'émission de photons y par effet synchrotron d'électrons ultrarelativistes dans des champs magné- tiques intenses (IO7 Oe) [Il, 12, 131. En présence de ces champs qui existent pour des naines blanches des électrons de duelques GeV peuvent produire des photons y. L'énergie nécessaire à l'accélération de ces électrons peut provenir d'instabilités convectives qui se développeraient sous certaines conditions dans ces objets 1121.

Ces différentes hypothèses qui reposent sur un phénomène éruptif au niveau d'une étoile qui pourrait être une naine blanche ne peuvent être confirmées qu'en identifiant la direction d'un sursaut avec celle d'un objet de ce type.

3 . 1 . 2 Acrétion sur des objets compacts. - Ces processus sont tout à fait analogues à ceux invoqués pour expliquer les émissions X de certaines sources par exemple pour des systèmes binaires contenant une étoile à'neutron.

a) Un modèle proposé par Harwit et Salpeter [14]

et également par Shklovskii [15] suggère l'àcrétion de comète sur des naines blanches ou des étoiles à neutrons. La masse acrétée nécessaire pour expliquer l'émission de photons y à 10'' g) peut provenir sans difficulté d'une comète. L'énergie libérée ergs) apparaît sous forme de rayonnement thermique. Cependant pour que la comète soit brisée et tombe dans le champ gravitationnel de l'étoile il faut qu'elle passe à faible distance de l'étoile (4 105 km). Aussi pour rendre compte de la fréquence des événements, le nuage de comètes autour de l'étoile doit être bien supérieur à celui présent autour du soleil, mais il n'est pas exclu que le nombre de comètes soit beaucoup plus élevé au voisinage ,d'étoiles à

neutrons. De toute façon la masse qui ,doit être acrétée n'est pas énorme (3 x 1OZ7 g en 10'' ans).

Dans un même ordre d'idée Sofia et al. [16] ont proposé l'interaction de morceaux d'antimatière (- 1015 g) avec l'atmosphère d'étoiles normales.

b) Un autre modèle proposé par Lamb et al. [17]

fait appel à des étoiles éruptives. Seulement dans ce cas l'étoile qui présente une forte activité est associée à un objet compact dans un système binaire. L'éruption elle-même n'est pas à l'origine de l'émission des photons y mais elle fournit une quantité de matière suffisante pour déclencher le sursaut. Rappelons que cette quantité de matière est d'autant plus faible que l'objet est compact : la masse de matériau acrété variant de 1018-1019 g à 1016-1017 g lorsque l'on passe d'une naine blanche à une étoile à neutron ou un trou noir. Bien que ce type de phénomène soit sus- ceptible de se produire il reste à prouver qu'il est bien associé aux sursauts y. En outre il est difficile d'une part de rendre compte des sursauts les plus brefs et d'autre part de déterminer le spectre émis dans ce phénomène d'acrétion impulsive.

3 . 1 . 3 Activité d'étoiles à neutrons. ^- Ce modèle résulterait de l'éjection de matière par des jeunes étoiles à neutrons [Il]. Cette matière (noyaux super lourds et neutrons) produirait des photons y par fission des noyaux super lourds, par désintégration P

et capture radiative de neutrons libres. Les brusques variations de la période d'un pulsar (pulsar glitches) pourraient être associées à l'éjection de .matière (- IO2' g) ce qui serait très suffisant pour expliquer les sursauts y.

Pacini et Ruderman [18] ont également considéré la possibilité d'un lien entre les irrégularités de la période de vieux pulsars et les sursauts y. Au cours de ces irrégularités une énergie considérable est libérée entraînant un changement soudain des champs magne- tosphériques (avec apparition de champs électriques induits) qui pourrait entraîner la production de parti- cules rapides qui seraient à l'origine des sursauts y.

Des étoiles à neutrons non observables comme pulsars et présentant de telles instabilités pourraient être à l'origine de sursauts y. Bien sûr il faudrait que ces pulsars défunts émettent IO3' à ergs tous les 10 à 100 ans.

Signalons, toujours dans le cadre des théories galactiques, un modèle proposé par Grindlay [19] et qui fait appel à l'arrivée dans le système solaire de grains de poussières animés de vitesses relativistes.

Ces grains de 1 mm de rayon environ sont alors chauffés par interaction avec les photons solaires et fondus en gouttelettes à une distance de 100 UA. A mesure que ces fragments s'approchent du soleil leur température s'élève et ils sont brisés én atomes sus- ceptibles d'être ionisés par les photons solaires décalés vers le bleu par effet Doppler. Le sursaut y provien- drait alors des photons X de fluorescence émis par ces atomes très ionisés (Fe XXVII). Ces photons de

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fluorescence apparaissent dans le domaine X et y car les atomes émetteurs sont relativistes et se déplacent en direction de l'observateur. L'origine de ces grains pourrait être associée aux fluctuations de périodes de pulsar (glitches). Grindlay trouve en effet un lien qui ne peut être accidentel entre la fluctuation du pulsar du Crabe en septembre 1969 et l'apparition de 2 sur- sauts y le même jour (17 octobre 1969). Le délai de 18 jours observé serait en bon accord avec le temps de propagation p o . ~ ces grains entre le pulsar du Crabe et le système solaire.

Voilà quelques idées générales concernant les pos- sibilités d'émission de sursauts y par des objets galac- tiques. On note que là encore comme dans le cas de i'astronomie X les objets compacts (naines blanches, étoiles à neutrons.. .) jouent un rôle essentiel.

3.2 SOURCES EXTRAGALACTIQUES. - Les explosions de supernovae mais aussi l'effondrement d'objets massifs et denses sont des sources extragalactiaues

chauffe l'étoile et entraîne l'émission de neutrinos.

La surface de l'étoile rayonne comme un corps noir et la température diminue à mesure que l'étoile se refroidit. Le spectre de photons y correspond alors à l'émission d'un corps noir de température variable.

L'oscillation de l'étoile dégénérée entre quelque 106 et 3 x 108 cm pourrait expliquer les pics séparés par plusieurs secondes qui sont observés dans les sursauts.

b) L'effondrement d'étoiles massives magné- tiques [Il].

Ces objets pourraient exister dans le noyau des galaxies actives. L'évolution de ces étoiles super- massives conduit à un effondrement relativiste et une émission de photons y pourrait lui être associée.

3.2.3 L'évolution initiale de sursauts radio. - Cette théorie proposée par Pacini [18] suppose qu'à cer- tains sursauts radio d'objets extragalactiques est associée l'expansion soudaine d'un nuage contenant possibles pour les sursauts y. - des particules relativistes et des champs magnétiques ;

3.2.1 Explosions de supernovae. - Colgate [20] ces particules pourraient être à l'origine d'une forte dès 1967 avait prédit l'existence de sursauts y de très émission Compton Inverse qui donnerait lieu aux courte durée s) pendant l'explosion de super- sursauts y observés.

novae. Plus récemment Colgate a reconsidéré le pro- Les théories sont donc très variées. Cependant blème de l'émission de photons y lors de l'explosion pour préciser l'origine de ces sursauts il faut tenter de supernovae de type II [21]. L'émission d'un sursaut y de les localiser. Au cours des années à venir des se produirait lorsque l'onde de choc se brise à la expériences de triangulation vont permettre une pré- surface de la presupernova. Le chauffage des élec- cision de localisation jamais atteinte grâce à un effort trons conduirait à l'émission de photons par rayonne- tout particulier pour augmenter d'une part la préci- ment de freinage et effet Compton Inverse. sion dans la mesure absolue du temps d'apparition d'un sursaut et d'autre part la distance entre satellites 3 . - EfSondrement - Un effondrement (cf. Fig. 9). L'utilisation de sondes est donc tout à fait gravitationnel d'étoile peut produire les sursauts Y importante. Un projet français mené en collaboration observés, soit par exemple : avec les Soviétiques et comprenant un satellite excen- a) L'effondrement d'une naine blanche qui par trique et 2 sondes interplanétaires dirigées vers Vénus acrétion dépasse la limite critique de Chandrashekhar ainsi que des projets américains sont en préparation et s'effondre [22]. L'énergie gravitationnelle libérée pour les années qui viennent.

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