Les rayons gamma sont un type de rayonnement électromagnétique – comme la lumière, mais avec une longueur d’onde beaucoup plus courte. Ces rayons sont plutôt rares sur Terre, mais peuvent être émis lors de la fission d’un atome. Ils ont d’ailleurs été découverts par un chimiste qui étudiait le radium.

Les bombes atomiques utilisent la fission d’un grand nombre d’atomes pour produire de l'énergie, donc elles émettent une grande quantité de ces rayons gamma. Mais il y a aussi des sources astrophysiques de rayons gamma, comme par exemple les eruptions solaires ou les rayons cosmiques.

Dans les années 60, le traité de l’espace a été signé par 111 pays – dont l’URSS et les Etats-Unis – pour interdire l’utilisation de l’arme nucléaire, ainsi que toute autre forme d’arme de destruction massive, dans l’espace. C’est un traité historique qui montre la voie pour une exploration pacifique de l’espace et une coopération internationale. et puis mettre autant de pays d’accord sur un sujet, c’est pas une mince affaire.

Mais en pleine guerre froide, les Etats-Unis ne faisaient absolument pas confiance au bloc communiste et pensaient que les soviétiques allaient faire exploser des bombes nucléaires sur la Lune, en contradiction avec ce traité. D’ailleurs, avant de signer ce traité, les Etats-Unis avaient lancé un projet d’essais nucléaires sur la Lune. Donc de leur point de vue, c'était pas si absurde de se dire que l’URSS risquait de faire pareil.

Afin de surveiller les soviétiques et de s’assurer qu’ils respectaient bien le traité de l’espace, les Etats-Unis ont lancé les premiers satellites Vela en 1963. Leur nom vient du verbe espagnol « velar », qui veut dire surveiller. Ces satellites étaient faits pour capter les rayons gamma. Comme ça, si une bombe nucléaire explosait dans l’espace, les satellites Vela verraient un « sursaut » de rayons gamma. Et si l’URSS devait contrevenir au traité, les Etats-Unis pourraient décider d’une réponse militaire appropriée.

En 1967, un sursaut de rayons gamma a été détecté par les satellites Vela 4. Cet événement d’une fraction de seconde aurait pu attiser la peur qu’avaient les américains de l’URSS, mais heureusement, les gens qui regardaient les données provenant de ce satellite ont remarqué que ce sursaut gamma ne ressemblait à aucune arme nucléaire connue. Plutôt que de déclencher une alarme, ils ont choisi d’archiver ce sursaut gamma pour qu’il puisse être étudié plus en détail plus tard.

Chaque satellite Vela permettait des mesures plus précises que le satellite précédent. Avec Vela 5 et 6, on a une marge d’erreur sur le moment où le sursaut gamma est détecté inférieure à 0,2 secondes. Si on fait la différence entre le moment où chaque satellite a détecté le sursaut gamma, ça devient possible d’estimer la direction approximative de laquelle arrivait un rayon gamma.

L’idée, c’est que si on arrive à connaître la direction d’où provient un sursaut gamma, on pourra regarder dans cette direction avec un autre télescope et voir ce qui a produit le sursaut gamma. Sauf qu'à l'époque, on arrive à associer ces sursauts à aucun autre événement connu, ni en lumière visible, ni en ondes radio, ni même en rayons X.

Au fil des décénnies, on lance encore plusieurs satellites dédiés à la détection de rayons gamma, avec des instruments de plus en plus sensibles et de plus en plus précis. On lance même des sondes plus loin que l’orbite de la Terre – y compris en orbite autour de Vénus – afin de déterminer la direction des sursauts gammas avec plus de précision ! Et contrairement aux satellites Vela, ces satellites sont à but scientifique, et pas à but militaire.

En 1991, la NASA met en orbite autour de la Terre l’observatoire Compton, lui aussi dédié à la détection de sursaut gamma. L’observatoire Compton est extrêmement sensible et permet de déterminer avec une précision inégalée la direction d’où provient un sursaut gamma. Il détecte plus de 2700 sursauts gamma et on s’apperçoit ainsi que ces sursauts proviennent de toutes les directions, pas seulement du plan de la galaxie. Ce qui laisse penser que leur origine est extérieure à notre galaxie. Et pour qu’autant d'énergie arrive jusqu'à nous depuis un événement si lointain, ça voudrait dire que ces rayons gamma sont associés à la libération d’une quantité d'énergie phénoménale !

Avec l’augmentation de la précision des instruments de mesure, on finit par s’appercevoir que les sursaut gammas sont suivis par une faible lueur en rayons X. Ces observations nous ont permis de comprendre que les sursaut gamma peuvent être causés par des supernova, lorsqu’une étoile s’effondre pour devenir un trou noir ou une étoile à neutrons.

Mais les sursauts gamma ne nous ont pas encore dévoilés tous leurs mystères et plusieurs instruments sont en orbite autour de la Terre pour les observer. Par exemple depuis 2002, le télescope spatial Intégral mesure à la fois les rayons gamma et les rayons X, qu’il peut décomposer grâce à son spectrometre. Cet instrument hyper sensible a permis de comprendre plein de choses sur la façon dont ces sursaut gamma sont produits et continue encore aujourd’hui de fonctionner, même s’il n’a plus de propulseurs depuis le mois de septembre.

Anecdote bonus :

Lorsqu’un astrophysicien a écrit le premier article scientifique pour décrire la découverte de rayons gammas produits par un événement extragalactique, il a été approché par un journaliste de tabloid. Sachant que le satellite ayant détecté l'événement était initialement construit pour détecter l’explosion d’une arme nucléaire, le journaliste a demandé si les rayons gamma détectés avaient pu être produits par une arme nucléaire détonée par des extraterrestres. Les armes nucléaires qu’on connait produisent des rayons gamma avec un profil différent de celui des événements extra-galactiques. Mais s’il y a des extraterrestres, peut-être que leurs armes nucléaires seraient différentes? Avec la prudence requise par son métier, le scientifique a répondu qu’on était pas capables de complètement exclure cette hypothèse. C’est comme ça que le grand public a pris connaissance de l’existence des rayons gamma, et ça montre à quel point c’est important d’adapter son discours à son public.

Vous pouvez écouter cette histoire dans le podcast SpaceSheep.

Image : Le satellite Vela en train d'être assemblé.

Pour aller plus loin

• Flash! The hunt for the biggest explosions in the universe. Govert Schilling. Cambridge University Press 2002.
• Le projet de faire exploser une bombe nucléaire sur la Lune (en anglais)
• Une chronologie de l’observation des rayons gamma