Un nouveau et mystérieux signal se répète dans une galaxie lointaine
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Une nouvelle source de sursauts radio rapides répétés, découverte récemment, a approfondi le mystère de ce qui, précisément, pourrait produire ces puissants sursauts.
Les sursauts radio rapides (FRB pour Fast Radio Burst), comme leur nom l’indique, sont des sursauts très rapides de rayonnement (d’une durée de quelques millisecondes seulement) qui se manifestent avec éclat dans les longueurs d’onde radio.
Image d’entête : représentation artistique d’une étoile à neutrons dotée d’un champ magnétique très puissant, appelée magnétar, émettant des ondes radio (rouge). (Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF)
La source, détectée pour la première fois en 2019 et nommée FRB 190520B, semble fréquemment produire de puissants sursauts radio de l’ordre de la milliseconde.
Cela a permis aux astronomes de réaliser des analyses qui révèlent des informations sur sa provenance dans l’Univers, et sur l’espace qui l’entoure. Ces analyses suggèrent qu’il existe probablement plus d’un mécanisme dans le cosmos capable de produire ces étranges sursauts.
La plupart d’entre eux proviennent d’autres galaxies (une seule source a été détectée dans la Voie lactée), et ils sont extrêmement brillants, dégageant en un instant autant d’énergie que 500 millions de soleils.
La plupart de ces sursauts n’ont été détectés qu’une seule fois : ils sortent de nulle part, jaillissent une fois, puis on ne les revoit plus. Il est donc pratiquement impossible de les prévoir, et très difficile de les localiser et de les étudier.
Mais quelques sources (3 pour le moment) ont été détectées de manière répétée, et elles offrent une séduisante opportunité de comprendre ce qui se passe.
Le FRB détecté dans la Voie lactée provenait d’un type d’étoile morte appelée magnétar, ce qui suggère qu’au moins certains FRB sont causés par des éruptions de magnétar. Mais il y a encore beaucoup d’inconnues.
Selon l’astrophysicien Kshitij Aggarwal de l’université de Virginie occidentale (États-Unis) :
Les FRB qui se répètent sont-ils différents de ceux qui ne se répètent pas ?
Le signal qui a permis de découvrir le FRB 190520B est arrivé sur Terre en mai 2019, détecté par le Radiotélescope sphérique de cinq cents mètres d’ouverture (FAST) en Chine, et retrouvé dans les données en novembre de la même année. Des observations complémentaires portant sur l’emplacement dans le ciel ont révélé que la source se répétait.
D’autres observations ont été effectuées à l’aide du Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation (États-Unis), révélant un ensemble fascinant de caractéristiques. Les signaux provenaient de la périphérie d’une très vieille galaxie naine, située à près de 4 milliards d’années-lumière.
La région du FRB 190520, vue dans la lumière visible, avec l’image du VLA du sursaut radio rapide animée entre l’objet qui émerge et celui qui n’émerge pas. (Niu, et col./ Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF ; CFHT)
Entre les sursauts radio, la source semble émettre une émission radio plus faible. Cela suggère que les sursauts radio rapides proviennent d’une source radio compacte et persistante, dont la nature est inconnue. Ces caractéristiques sont partagées avec un autre et célèbre sursaut radio rapide répétitif, le FRB 121102.
Il s’agit du premier sursaut radio rapide dont la source a été identifiée, à savoir la périphérie d’une très vieille galaxie naine située à 3 milliards d’années-lumière. Et elle aussi est associée à une source radio constante et dense.
Selon l’astronome Casey Law du California Institute of Technology (Caltech) :
Nous en avons maintenant deux comme ça, et cela soulève d’importantes questions.
Nous ne savons pas, par exemple, si les FRB ponctuels se répètent avec des énergies trop faibles pour être détectées. Mais les scientifiques pensent depuis un certain temps qu’il pourrait y avoir au moins deux mécanismes différents pour produire les sursauts, et la découverte du FRB 190520B est cohérente avec cette idée.
Cela pourrait signifier que les différents sursauts sont émis par des objets distincts, ou émis par le même type d’objet à différents stades de son évolution.
Les magnétars sont un type d’étoile à neutrons, le noyau effondré et ultra-dense d’une étoile massive après sa mort par supernova, mais ils possèdent également un champ magnétique extrêmement puissant. Il est possible que les étoiles à neutrons normales et les magnétars émettent des FRB de manière différente.
D’autres analyses suggèrent qu’une autre caractéristique des sursauts radio rapides n’est peut-être pas aussi utile pour mesurer l’Univers que les astronomes ne le pensaient.
Cette caractéristique, appelée mesure de dispersion, est liée à la façon dont la lumière est diffusée par les gaz ténus présents dans l’espace entre nous et la source. Les ondes de haute fréquence voyagent plus efficacement que celles de basse fréquence, ce qui peut servir de guide pour mesurer la distance.
Pour FRB 190520B, la mesure de dispersion suggère que la source se trouve à une distance de 8 à 9,5 milliards d’années-lumière. Des mesures indépendantes de la distance, cependant, montrent que la galaxie n’est pas si lointaine.
Selon Aggarwal :
Cela signifie qu’il y a beaucoup de matière à proximité du FRB qui brouillerait toute tentative de l’utiliser pour mesurer le gaz entre les galaxies. Si c’est le cas avec d’autres, alors nous ne pouvons pas compter sur l’utilisation des FRB comme repères cosmiques.
L’étude publiée dans Nature : A repeating fast radio burst associated with a persistent radio source et présentée sur le site du National Radio Astronomy Observatory : Strange Radio Burst Raises New Questions.