D’étranges sursauts gamma lors d’orages tropicaux

Les orages sous les tropiques comptent parmi les orages les plus étendus et les plus violents. On sait depuis plusieurs années que des rayonnements gamma y sont également présents – un phénomène qui laisse depuis lors perplexes les physiciens de l’atmosphère. Des équipes de recherche ont désormais examiné les sursauts gamma spéciaux avec un avion de recherche. Comme ils le rapportent dans deux études parues dans la revue Nature, ils ont même découvert un tout nouveau type de rayonnement gamma émis par les orages.

Il y a des années, des satellites avaient découvert des sursauts gamma émis par des orages tropicaux. Ces orages sont particulièrement violents et produisent le plus souvent des rayonnements gamma. Jusqu’à présent, deux types de telles émissions gamma étaient connus : d’une part, des éclairs gamma intenses d’une durée d’environ 100 microsecondes, qui se produisent presque toujours en même temps que des éclairs ordinaires. De l’autre, une émission gamma diffuse et plus faible, une sorte de « lueur gamma » qui peut durer de moins d’une seconde à quelques centaines de secondes.

Les deux types sont créés par des électrons accélérés par les forts champs électriques présents dans les nuages ​​d’orage. Ceux-ci rencontrent d’autres électrons qui les accélèrent également et créent ainsi des cascades entières d’électrons de haute énergie. Si tous ces électrons ont suffisamment d’énergie, ils déclenchent des réactions dans les noyaux atomiques lorsqu’ils entrent en collision avec eux. Un rayonnement gamma est produit et de nouveaux éléments peuvent même se former. Cependant, ces processus ne sont pas encore précisément compris. Les satellites avec lesquels ils ont été observés étaient conçus pour les rayonnements venus de l’espace – comme les supernovae – et non pour ces événements terrestres.

Avec l’avion de recherche à travers la tempête

Mais voilà, une équipe de recherche dirigée par Nikolai Østgaard et Martino Marisaldi de l’Université de Bergen en Norvège a eu l’occasion d’utiliser un avion de recherche ER-2 de la NASA pour observer les orages. Il s’agit d’anciens avions espions reconvertis qui peuvent voler particulièrement vite et haut. À une vingtaine de kilomètres d’altitude, ils ont survolé dix fois pendant plusieurs heures des orages dans les Caraïbes et en Amérique centrale.

Au cours des vols, Østgaard et son équipe ont découvert un nouveau type d’émission gamma. Ils ont détecté un total de 24 « flashs gamma vacillants ». Le scintillement consiste en une séquence d’une dizaine d’éclairs gamma individuels, chacun durant jusqu’à un quart de seconde. Les scientifiques soupçonnent que les éclairs gamma vacillants représentent des liens entre des éclairs gamma courts et individuels et l’émission de longue durée. Il pourrait s’agir d’une lente « lueur gamma » qui s’intensifie rapidement et se décharge en une série d’impulsions. Les éclairs vacillants se produisent généralement avant les éclairs d’orage normaux. Selon les chercheurs, leur formation pourrait également jouer un rôle dans la formation des éclairs ordinaires.

Dans la deuxième étude, Marisaldi et son équipe ont étudié une « lueur gamma » de plus longue durée. Cela s’est produit au total plus de 500 fois au cours des vols et durait généralement quelques secondes, voire trois heures. Les orages ont produit à plusieurs reprises de telles lueurs gamma sur des milliers de kilomètres carrés. Une telle étendue n’était pas connue dans les études précédentes. De plus, la lueur gamma variait spatialement plus qu’on ne le pensait auparavant.

“Il se passe bien plus de choses lors des orages que nous ne l’aurions jamais imaginé”, résume Steve Cummer de l’Université Duke de Durham aux États-Unis, qui a participé aux deux études. Outre ces nouveaux résultats, les deux études soulèvent également de nouvelles questions. De nombreux détails sur les rayons gamma émis par les orages tropicaux restent flous, comme par exemple la manière exacte dont ils apparaissent, mais également leur interaction avec la formation des éclairs d’orage normaux.