Une étude, dont les résultats intitulés «Detailed polarization measurements of the prompt emission of five gamma-ray bursts» sont publiés dans la revue Nature Astronomy, a permis, grâce aux premiers résultats de POLAR, de révéler que, «contrairement aux théories développées», les sursauts gamma «ne sont ni complètement chaotiques, ni complètement organisés, mais un mélange des deux: dans chaque tranche temporelle, les photons oscillent dans une même direction, mais la direction d’oscillation change avec le temps, créant un ensemble chaotique».

Rappelons tout d'abord que «lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision ou qu’une étoile super massive s’effondre sur elle-même, un trou noir se crée», en émettant «pendant un bref instant une gigantesque bouffée de lumière très énergétique sous forme de rayons gamma, nommée sursaut gamma» (GRB), un phénomène qui «comprend tous les plus grands mystères de la physique actuelle : ondes gravitationnelles, relativité générale, température et accélération de particules beaucoup plus énergétiques que celle atteintes au CERN» («Sur Terre, seule la radioactivité peut émettre de tels rayons»).

Actuellement, ce phénomène, «encore très mystérieux», oppose deux écoles: l'une «considère que les photons qui constituent le sursaut gamma sont polarisés, qu’ils oscillent dans une même direction, soit verticale, soit horizontale» (dans ce cas, «la source des photons fournirait une direction privilégiée grâce à un champ magnétique et offrirait aux astronomes la possibilité de définir la géométrie et la taille du lieu de naissance du trou noir»), tandis que l'autre «suggère que le précurseur du trou noir est chaotique et que les photons ne sont pas polarisés, oscillant dans n’importe quelle direction».

Pour tenter de trancher ce débat, le premier détecteur d’astroparticules POLAR «assez puissant pour mesurer la polarisation des sursauts gamma» a été construit et «envoyé en 2016 sur le laboratoire spatial Chinois Tiangong-2, afin d’analyser les sursauts gamma». POLAR peut se décrire comme étant «un carré de 50x50 cm2 constitué de 1600 barres de scintillateur qui permet de faire entrer en collision des photons avec des atomes» de sorte «lorsqu’un photon percute une barre en entrant dans POLAR, il expulse un deuxième photon qui provoque une autre collision visible». Dans le cas où les photons sont polarisés, «une conformité de direction entre les deux impacts de photons» est observée, tandis que dans le cas où il n’ a pas de polarisation, «le second photon issu de la première collision partira dans n’importe quelle direction de manière totalement aléatoire».

Ainsi, POLAR a détecté, en six mois, 55 sursauts gamma et, dans le cadre de cette étude, «les oscillations de plusieurs milliers de photons provenant des 5 sursauts les plus brillants» ont été analysés. Il est apparu «une polarisation très faible» lorsqu’on «analyse la polarisation d’un sursaut gamma dans son ensemble», ce «qui favorise certaines théories».

Face à cette première observation, l'étude s'est focalisée «plus en détail sur un sursaut gamma très puissant» qui a été «découpé en tranches temporelles de deux secondes» et, cette fois, il a été constaté «qu’au contraire, les photons sont très polarisés dans chaque tranche, mais que chaque tranche oscille dans une direction différente», ce qui explique la vision globale d'un sursaut gamma «très chaotique et peu polarisée».

Il en résulte «que dans le processus de création d’un trou noir, il y a des phases successives qui font évoluer la direction de polarisation dans différentes positions», sans qu'on sache encore pourquoi. En conséquence, ces nouveaux éléments devront être intégrés dans les projections des théoriciens, qui sont «partiellement remises en causes». En tout cas, «afin de pouvoir encore creuser dans cette organisation chaotique des trous noirs», la construction d'un POLAR-2, «plus grand et plus précis», est envisagée.