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Nous venons de trouver une source pour l'un des phénomènes les plus mystérieux de l'astronomie
Les rafales radio rapides sont des signaux super puissants et super courts qui traversent l'espace, sans origine connue. Une nouvelle explication est les magnétars. 4 novembre 2020
Le télescope à ouverture sphérique de cinq cents mètres (FAST) dans la province de Guizhou, en Chine. Bojun Wang, Jinchen Jiang, Qisheng Cui
Les sursauts radio rapides comptent parmi les mystères les plus étranges de la science spatiale. Ces impulsions durent moins de cinq millisecondes mais libèrent plus d'énergie que le soleil en jours ou en semaines. Depuis qu'ils ont été enregistrés pour la première fois en 2001 (et écrits à leur sujet en 2007), les scientifiques ont découvert des dizaines de FRB. La plupart sont des signaux ponctuels, mais quelques-uns se répètent, y compris celui qui bat à un rythme régulier .
Mais personne n'a jamais été en mesure d'expliquer ce qui produit exactement les FRB. Jusqu'à présent, seuls cinq avaient été localisés dans des régions spécifiques de l'espace, et ils provenaient tous de l'extérieur de notre galaxie. Quand un signal vient de si loin, il est très difficile de trouver l'objet responsable de le produire. La plupart des théories se sont concentrées sur les collisions cosmiques ou les étoiles à neutrons. Et aussi, bien, extraterrestres .
Spoiler alert : ce ne sont pas des extraterrestres. Deux nouvelles études publiées aujourd'hui dans Nature suggèrent fortement que les magnétars, des étoiles à neutrons hautement magnétisées, sont une source de FRB. Les études indiquent également que ces sursauts sont probablement beaucoup plus fréquents qu'on ne l'imaginait.
Je ne pense pas que nous puissions conclure que tous les sursauts radio rapides proviennent de magnétars, mais il est certain que les modèles suggérant que les magnétars sont à l'origine des sursauts radio rapides sont très probables, déclare Daniele Michilli, astrophysicien de l'Université McGill et coauteur du première étude Nature .
Les nouvelles découvertes portent sur un FRB détecté le 28 avril par deux télescopes : CHIME (l'expérience canadienne de cartographie de l'intensité de l'hydrogène, basée en Colombie-Britannique) et STARE2 (un réseau de trois petites antennes radio situées à travers la Californie et l'Utah). Le signal, baptisé FRB 200428, a libéré plus d'énergie dans les ondes radio en une milliseconde que le soleil en 30 secondes.
Il est normal pour CHIME de trouver des FRB - il en a trouvé des dizaines, et à l'avenir, le télescope pourrait être en mesure de détecter une rafale chaque jour . Mais même si STARE2 a été spécifiquement conçu pour rechercher des FRB dans la galaxie, à des sensibilités plus faibles que la plupart des autres instruments, peu s'attendaient à ce qu'il réussisse. Lorsqu'il est devenu opérationnel l'année dernière, l'équipe avait prédit 10 % de chances qu'il trouve réellement un signal dans la Voie lactée.
Puis... c'est arrivé. Quand j'ai regardé les données pour la première fois, je me suis figé, dit Christopher Bochenek, un étudiant diplômé de Caltech en astronomie, qui dirige le projet STARE2 et est l'auteur principal de la deuxième étude Nature . Il m'a fallu quelques minutes pour me ressaisir et appeler un ami pour m'asseoir et m'assurer que cette chose était bien réelle. Entre STARE2 et CHIME, ce sursaut a été vu par cinq radiotélescopes à travers l'Amérique du Nord.
Ces observations ont coïncidé avec un flash incroyablement brillant émanant d'une étoile à neutrons hautement magnétisée - un magnétar - appelée SGR J1935 + 2154, qui était située à 30 000 années-lumière de la Terre près du centre de la galaxie de la Voie lactée.
Ce magnétar, qui est environ 40 à 50 fois plus massif que le soleil, produit des épisodes intenses de rayonnement électromagnétique, notamment des rayons X et des rayons gamma. Ses champs magnétiques sont si puissants qu'ils écrasent les atomes proches en forme de crayon.
Les magnétars ont toujours été une source suspectée de FRB, mais il a été difficile pour les astrophysiciens de le confirmer, car tous les autres signaux provenaient de l'extérieur de la Voie lactée.
Les chercheurs ont comparé les ondes radio de FRB 200428 avec les observations de rayons X faites par six télescopes spatiaux, ainsi que d'autres observatoires au sol. Ces émissions de rayons X pointaient vers SGR J1935 + 2154, qui a clignoté 3 000 fois plus lumineux que tout autre magnétar enregistré.
Les équipes CHIME et STARE2 en ont déduit que ce magnétar particulier était responsable de l'événement énergétique qui a produit non seulement les émissions de rayons X brillants, mais également FRB 200428. C'est la première fois qu'un tel sursaut est découvert à l'intérieur de la Voie lactée, et ce FRB émet plus d'énergie que toute autre source d'ondes radio détectée dans la galaxie.
Le FRB 200428 n'est que le 30e plus fort que le FRB extra-galactique le plus faible jamais enregistré, et un millième de la force du signal moyen. Ainsi, le fait que STARE2 l'ait enregistré après environ un an de fonctionnement est une forte indication que ces signaux rebondissent autour de la galaxie plus fréquemment que les scientifiques ne le pensaient.
Un contrepoint à ces nouvelles découvertes vient de FAST, le télescope sphérique à ouverture de cinq cents mètres, situé dans le sud-ouest de la Chine. FAST est le plus grand radiotélescope à parabole unique au monde. Il ne peut pas surveiller de larges pans du ciel, mais il peut observer de près pour rechercher des signaux faibles dans des endroits très éloignés.
FAST a étudié SGR J1935 + 2154 pendant un total de huit heures sur quatre sessions d'observation du 16 au 29 avril, selon une troisième étude Nature . Et il n'a trouvé aucune onde radio qui coïncidait avec des sursauts connus de rayons X ou de rayons gamma qui se sont produits pendant cette période.
Ce rapport n'élimine pas nécessairement l'explication du magnétar, d'autant plus que FAST n'observait pas le moment où FRB 200428 a été détecté. Mais cela suggère qu'un magnétar émettant un FRB, s'il est confirmé, est un événement très rare, et qui produit des signaux radio que nous n'avons pas encore pleinement caractérisés.
Sandro Mereghetti, astronome à l'Institut national d'astrophysique de Milan, a aidé à diriger les détections de rayons X SGR J1935+2154 effectuées par le télescope INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) de l'Agence spatiale européenne. Bien qu'il pense que la découverte favorise fortement la classe des modèles FRB basés sur les magnétars, il souligne que les processus physiques particuliers conduisant aux sursauts observés d'émission de radio et de rayons X durs ne sont pas encore réglés. En d'autres termes, nous ne savons pas exactement ce qui se passe à l'intérieur d'un magnétar qui produirait des FRB avec des rayons X ou gamma associés.
Je ne dirais pas que le mystère des FRB est résolu, dit Mereghetti. Mais c'est certainement un grand pas en avant qui ouvre aussi des perspectives pour d'autres détections similaires.