Des astronomes utilisant le Karl G. Jansky Very Large Array ont détecté pour la première fois une émission radio polarisée provenant de la rémanence d’un sursaut gamma à des longueurs d’onde centimétriques, et mesuré la rotation de cette polarisation dans ce qu’ils décrivent comme la première détection de rotation de Faraday dans l’environnement d’un sursaut. Ces travaux, soumis à l’Astrophysical Journal Letters et publiés sur arXiv le 30 avril, sont menés par Collin T. Christy, de l’université de l’Arizona, avec des collègues de l’université de l’Utah et d’autres institutions.
Le sursaut, désigné GRB 260310A, a déclenché le Fermi Gamma-ray Burst Monitor à 04:57 TU le 10 mars 2026. Son émission prompte a duré environ 60 secondes, ce qui le place dans la classe des sursauts de longue durée produits par l’effondrement d’étoiles massives. Cette interprétation a été confortée par une composante de supernova naissante, désignée SN 2026fgk, détectée lors du suivi optique ultérieur. À un décalage vers le rouge de 0,153, soit environ 745 mégaparsecs (environ 2,4 milliards d’années-lumière), le sursaut se situe en périphérie de sa galaxie hôte et a produit ce que l’équipe qualifie de l’une des rémanences radio les plus brillantes observées depuis des décennies.
L’équipe a observé la rémanence avec le VLA le 29 mars, soit 19,2 jours après le déclenchement, lors d’une observation de trois heures couvrant les bandes X, Ku et K. Elle a détecté une émission polarisée linéairement entre 11 et 25 gigahertz. La fraction de polarisation, c’est-à-dire la part de l’émission dont le champ électrique oscille dans une direction privilégiée, a diminué de façon monotone à mesure que la fréquence baissait, passant de (3,18 ± 0,18) % à 25 GHz à (0,69 ± 0,22) % à 11 GHz. À 9 GHz, le signal est passé sous le seuil de détection de 0,6 % à 3 sigma.
Les auteurs interprètent l’émission radio comme dominée par un choc inverse, l’onde qui remonte à travers la matière du jet éjectée lors de l’effondrement, dans un jet présentant une structure angulaire. La baisse de la fraction de polarisation vers les fréquences plus basses est cohérente avec une auto-absorption synchrotron, dans laquelle la région émettrice devient opaque à son propre rayonnement, avec une fréquence d’auto-absorption d’environ (13,3 ± 0,5) GHz correspondant au pic du spectre d’intensité totale.
La polarisation mesurée aux hautes fréquences est faible par rapport au maximum théorique d’environ 72 % pour un rayonnement synchrotron dans un champ magnétique ordonné. L’équipe modélise cette émission comme provenant de nombreuses petites zones de matière magnétisée du jet dont les directions de champ ne sont pas alignées, déduisant une échelle de cohérence du champ magnétique d’environ un centième de radian, avec environ 500 zones indépendantes contribuant à l’émission. Cette échelle de cohérence est d’un ordre de grandeur supérieure à la valeur d’environ un millième de radian déduite de la détection antérieure par ALMA d’une polarisation millimétrique d’environ 1 % dans GRB 190114C, la première détection polarisée de la rémanence d’un sursaut dans le domaine radio.
Le deuxième résultat est la rotation de l’angle de polarisation en fonction de la fréquence, signature de la rotation de Faraday. L’équipe mesure une mesure de rotation de -(6 250 ± 70) radians par mètre carré dans le référentiel de l’observateur, soit -(8 300 ± 90) radians par mètre carré corrigée dans le référentiel propre du sursaut. La rotation de Faraday fait pivoter l’angle de polarisation lorsque les ondes radio traversent un plasma magnétisé, et l’ampleur de l’effet encode la force du champ magnétique et la densité électronique le long de la ligne de visée.
Les contributions de la Voie lactée et du milieu intergalactique le long de cette ligne de visée sont estimées à environ 10 radians par mètre carré, soit deux ordres de grandeur en dessous de la valeur mesurée ; les auteurs concluent donc que la rotation prend naissance à proximité du sursaut lui-même. Un écran de Faraday associé au milieu circumstellaire choqué ne produirait qu’environ 3 radians par mètre carré, beaucoup trop peu. Ils constatent plutôt que la mesure de rotation observée est cohérente avec une propagation à travers une région dense et magnétisée d’hydrogène ionisé autour de l’étoile progénitrice, une région H II du type de celles dans lesquelles les sursauts de longue durée sont censés se former. La modélisation des rémanences en rayons X des sursauts longs a placé leurs progéniteurs dans des régions photoionisées s’étendant sur environ 5 à 100 parsecs, avec des densités d’électrons libres de 100 à 10 000 par centimètre cube, et les mesures de champ magnétique des régions H II galactiques vont d’environ 1 à 100 microgauss. Les mesures de rotation attendues pour de tels environnements s’étendent d’environ 400 à 80 millions de radians par mètre carré, couvrant sans peine la valeur mesurée.
L’interprétation en termes de région H II est cohérente avec un progéniteur d’étoile massive pour GRB 260310A, mais les auteurs restent prudents sur ce qu’une seule mesure établit. La polarimétrie optique du sursaut effectuée 2,89 jours après le déclenchement n’a donné qu’une limite supérieure de 1,5 %, ce qui, notent-ils, s’explique naturellement si l’émission optique de l’époque provenait du choc avant faiblement polarisé plutôt que du choc inverse. Ils signalent également que si la mesure de rotation est produite par une région H II, elle devrait rester constante dans le temps, une prédiction que de futures observations polarimétriques multifréquences sur des jours à des semaines pourraient tester, de même que la hausse de polarisation prédite sous la fréquence d’auto-absorption et une rotation de 90 degrés de l’angle de polarisation au passage de cette fréquence.
Ces résultats montrent que les rémanences de sursauts gamma sont mesurablement polarisées aux longueurs d’onde centimétriques et que la polarisation porte des informations à la fois sur la structure du champ magnétique à l’intérieur du jet et sur le milieu magnétisé traversé par l’émission. La question de savoir si la rotation de Faraday reste constante, comme le prédit le scénario de la région H II, est celle que, selon l’équipe, de futures observations pourront trancher.
Traduit par Lydie
Sources
1. Christy et al., “First Detection of Faraday Rotation in a Gamma-Ray Burst Afterglow: Low Polarization and High Rotation Measure in GRB 260310A Reveal Jet Magnetic Structure and Environment,” arXiv:2604.27480: https://arxiv.org/abs/2604.27480
2. Universe Today, “Radio Array Detects Polarized Light From a GRB”: https://www.universetoday.com/articles/radio-array-detects-polarized-light-from-a-grb
3. NRAO, “Astronomers Detect Magnetic Fingerprint of a Cosmic Explosion for the First Time”: https://public.nrao.edu/news/gamma-ray-burst-vla/