Le premier sursaut radio mystérieux découvert dans la Voie lactée révèle des origines extrêmes

En passant au crible une mine de données de radiotélescope en 2007, Duncan Lorimer a repéré quelque chose d’inhabituel. Les données obtenues six ans plus tôt ont montré une brève explosion énergique, ne durant pas plus de 5 millisecondes. D’autres avaient vu le blip et regardé au-delà, mais Lorimer, un astrophysicien à l’Université de Virginie-Occidentale, et son équipe ont calculé que c’était un phénomène entièrement nouveau: un signal émanant de quelque part loin de la Voie lactée.

L’équipe n’avait aucune idée de ce qui l’avait causé mais ils ont publié leurs résultats dans Science. Le signal mystérieux est devenu connu sous le nom de “rafale radio rapide” ou FRB. Au cours des 13 années écoulées depuis la découverte de Lorimer, des dizaines de FRB ont été découverts en dehors de la Voie lactée – certains répétant et d’autres éphémères, des gazouillis uniques. Les astrophysiciens ont pu identifier leurs galaxies d’origine, mais ils ont eu du mal à identifier le coupable cosmique, en proposant toutes sortes de théories, de la physique exotique aux civilisations extraterrestres.

Mercredi, un trio d’études dans la revue Nature décrit la source du premier FRB découvert dans la Voie lactée, révélant le mécanisme derrière au moins certaines des explosions radio très énergiques.

La rafale nouvellement décrite, surnommée FRB 200428, a été découverte et localisée après avoir déclenché des antennes radio aux États-Unis et au Canada le 28 avril 2020. Une chasse précipitée a suivi, avec des équipes de chercheurs du monde entier concentrées sur l’étude du FRB à travers le spectre électromagnétique . Il a été rapidement déterminé que FRB 200428 est l’impulsion radio la plus énergétique jamais détectée dans notre galaxie d’origine.

Dans la suite de nouveaux articles, les astrophysiciens décrivent leurs travaux de détective et leurs observations révolutionnaires à partir d’une poignée de télescopes terrestres et spatiaux. Reliant des observations concordantes, les chercheurs épinglent FRB 200428 sur l’une des merveilles les plus insolites du cosmos: un magnétar, les restes hypermagnétiques d’une étoile supergéante morte.

C’est la première fois que des astrophysiciens sont capables de dénicher un coupable dans le polar intergalactique – mais ce n’est que le début. «Il y a vraiment beaucoup plus à apprendre à l’avenir», déclare Amanda Weltman, astrophysicienne à l’Université du Cap et auteur d’un article d’actualité Nature accompagnant la découverte.

“Ce n’est que la première étape passionnante.”

Sous pression

Pour comprendre où commence FRB 200428, vous devez comprendre où se termine une étoile.

On sait que les étoiles beaucoup plus grandes que le soleil subissent une mort désordonnée. Après avoir épuisé tout leur carburant, la physique conspire contre eux; leur immense taille exerce une pression insondable sur leur noyau. La gravité force l’étoile à se replier sur elle-même, provoquant une implosion qui libère d’énormes quantités d’énergie lors d’un événement connu sous le nom de supernova.

Le noyau froissé de l’étoile, né sous une pression extrême, est laissé pour compte. Sauf que maintenant c’est très petit, à peu près de la taille d’une ville et environ 1 million de fois plus dense que la Terre. Ce zombie stellaire est connu comme une étoile à neutrons.

Certaines étoiles à neutrons ont des champs magnétiques extrêmes, environ 1 000 fois plus puissants que les étoiles à neutrons typiques. C’est une classe mystérieuse et intrigante en soi. Les astronomes les appellent «magnétars», et ils sont aussi curieux que les FRB, avec seulement une trentaine de découverts à ce jour.

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Un tel magnétar dans la Voie lactée est officiellement connu sous le nom de SGR 1935 + 2154, qui fait référence à sa position dans le ciel. Pour faciliter les choses, surnommons-le Mag-1. Il a été découvert pour la première fois en 2014 et est situé à environ 30000 années-lumière de la Terre. Le 27 avril 2020, l’observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA et le télescope spatial à rayons gamma Fermi ont détecté un pic de rayons X et de rayons gamma émanant de Mag-1.

Le lendemain, deux énormes télescopes nord-américains – le Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) et le Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2 (STARE2) – ont capté un sursaut radio extrêmement énergétique provenant de la même région de l’espace: FRB 200428. Le FRB et le Mag-1 étaient exactement dans le même voisinage galactique. Ou plutôt, ils semblaient être dans la même maison galactique.

“Ces observations indiquent que les magnétars sont le pistolet fumant d’un FRB”, explique Lorimer, auteur principal de la découverte en 2007 du premier sursaut radio. Les magnétars avaient été théorisés comme des sources potentielles de FRB auparavant, mais les données fournissent des preuves directes reliant les deux phénomènes cosmiques ensemble.

Cependant, le simple fait de co-localiser la rafale avec le magnétar n’explique pas tout.

“Les magnétars produisent parfois des sursauts d’émission de rayons X brillants”, explique Adam Deller, astrophysicien à l’Université de Swinburne à Melbourne, en Australie, “mais la plupart des magnétars n’ont jamais été vus émettre une émission radio.”

Ne m’arrête pas maintenant

L’association de Mag-1 avec FRB 200428 n’est que le début d’une enquête à long terme.

Dans le polar cosmique, les astronomes ont trouvé un coupable, mais ils ne sont pas exactement sûrs de l’arme du crime.

En étudiant le FRB, les chercheurs ont pu déterminer qu’il était très énergétique mais pâle par rapport à certains FRB de l’espace lointain précédemment découverts. «Il était presque aussi lumineux que les FRB les plus faibles que nous ayons détectés», déclare Marcus Lower, titulaire d’un doctorat en astronomie. à l’Université de Swinburne étudiant les étoiles à neutrons. Cela suggère que les magnétars peuvent être responsables de certains FRB mais pas tous – certains semblent bien trop énergiques pour être produits de la même manière que FRB 200428.

Mercredi, un autre article de Nature voit des chercheurs utiliser le radiotélescope sphérique à ouverture de cinq cents mètres de Chine (FAST) pour étudier Mag-1 lors de l’une de ses explosions de rayons X. Le télescope n’a capté aucune émission radio du magnétar lors de ses explosions. Cela signifie qu’il est peu probable qu’une telle explosion, à elle seule, soit responsable du crachat de FRB hautement énergétiques. “Il est certain que tous les sursauts de rayons X du magnétar ne déclenchent pas un sursaut radio associé”, déclare Deller.

Deller note également que FRB 200428 présente des caractéristiques similaires à celles observées dans répéter FRB de l’extérieur de la Voie lactée.


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Ceci est important car, à l’heure actuelle, les astronomes ont observé deux types de FRB dans d’autres galaxies. Il y a ceux qui prennent vie et disparaissent, et d’autres semblent se répéter à un rythme régulier. FRB 200428 ressemble à un répéteur, mais beaucoup plus faible. D’autres observations du télescope CHIME en octobre ont détecté davantage de sursauts radio du magnétar, bien que ce travail n’ait pas encore été publié.

Dans l’ensemble, il y a encore une certaine incertitude. «Nous ne pouvons pas dire avec certitude si les magnétars sont les sources de tous les FRB observés à ce jour», note Weltman.

Autre question: comment Mag-1 a-t-il généré le FRB? Deux mécanismes différents ont été proposés.

Une suggestion est que les magnétars produisent des ondes radio tout comme ils le font des rayons X et des rayons gamma dans leur magnétosphère, la vaste région de champs magnétiques extrêmes entourant l’étoile. L’autre est un peu plus complexe. «Le magnétar pourrait vivre dans un nuage de matériaux qui traînait dans les écoulements précédents», explique Adelle Goodwin, astrophysicienne à l’Université Curtin qui n’était pas affiliée à l’étude. Ce nuage de matière, note Goodwin, pourrait ensuite être percuté par une explosion de rayons X ou gamma, transférant l’énergie en ondes radio. Ces ondes voyagent ensuite à travers le cosmos et envoient des signaux aux détecteurs terrestres en tant que FRB.

On ne sait pas quel mécanisme a abouti à FRB 200428 – ou si quelque chose de plus exotique pourrait se produire. D’autres chercheurs ont suggéré que les FRB pourraient même être causés par des astéroïdes percutant un magnétar, par exemple. Mais une chose semble désormais certaine: ce ne sont pas des civilisations extraterrestres qui essaient de nous contacter. Pardon.

Radio Gaga

Il reste encore beaucoup de travail à faire pour percer le mystère des sursauts radio rapides.

Pour Deller, la chasse continue. Une partie de son travail se concentre sur Les FRB sont originaires. Il dit que son équipe a encore besoin de collecter plus de données, mais il est possible que les FRB répétitifs habitent différemment. les types des galaxies de ces FRB qui ne se répètent pas. Weltman note que la recherche d’autres signaux s’intensifiera également, les astronomes recherchant des rayonnements électromagnétiques et des neutrinos générés à partir de tout FRB produit par magnétar.

L’enquête changera finalement la façon dont nous voyons l’univers. Duncan Lorimer note que si les FRB peuvent être définitivement liés aux étoiles à neutrons, cela fournirait un moyen de recenser ces entités cosmiques extrêmes. Les méthodes actuelles ne peuvent pas identifier les types d’étoiles à neutrons avec une grande spécificité – mais les FRB pourraient changer cela. Et les FRB changent déjà notre façon de voir les choses. Une étude publiée dans Nature plus tôt cette année a utilisé les FRB pour résoudre un problème vieux de plusieurs décennies sur la «matière manquante» de l’univers.

Lorimer dit que bon nombre des prédictions que son équipe a faites après avoir découvert le premier FRB en 2007 “ont été réalisées d’une certaine manière” et il a toujours espéré que les FRB pourraient faire partie du courant dominant. Au fur et à mesure que les mystères s’approfondissent, ils ont dépassé ses attentes. Ils sont devenus l’un des phénomènes les plus déroutants mais les plus intrigants de l’astrophysique.

«Cela continue d’être une aventure fascinante», dit-il.

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