Conception artistique d’une étoile à neutrons dotée d’un champ magnétique ultra-fort, appelée magnétar, émettant des ondes radio (rouge). Les magnétars sont les principaux candidats à l’origine des sursauts radio rapides. Crédit : Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
En radioastronomie, un sursaut radio rapide (FRB) est une impulsion radio transitoire d’une durée allant d’une fraction de milliseconde à quelques millisecondes, causée par un mystérieux processus astrophysique à haute énergie qui n’a pas encore été découvert. Les astronomes estiment qu’une FRB moyenne libère autant d’énergie en une milliseconde (un millième de seconde) que le Soleil en 3 jours (soit plus de 250 000 secondes).
Duncan Lorimer et son étudiant David Narkevic ont découvert le premier FRB en 2007, et il est communément appelé le Lorimer Burst. Depuis lors, de nombreux autres FRB ont été détectés. L’un d’entre eux, le FRB 180916, est extrêmement mystérieux car il pulse de manière régulière tous les 16,35 jours.
Aujourd’hui, les astronomes ont trouvé le deuxième exemple seulement d’un sursaut radio rapide très actif et répétitif, avec une source compacte d’émission radio plus faible mais persistante entre les sursauts. Cette découverte soulève de nouvelles questions sur la nature de ces objets mystérieux et sur leur utilité en tant qu’outils pour étudier la nature de l’espace intergalactique. Les scientifiques ont utilisé le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation et d’autres télescopes pour étudier l’objet, découvert pour la première fois en 2019.
L’objet, appelé FRB 190520, a été découvert par le radiotélescope FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope) en Chine. Un sursaut de l’objet s’est produit le 20 mai 2019, et a été trouvé dans les données de ce télescope en novembre de la même année. Des observations de suivi avec FAST ont montré que, contrairement à de nombreux autres FRB, il émet des salves d’ondes radio fréquentes et répétées.
Image VLA du Fast Radio Burst FRB 190520 (rouge), combinée avec une image optique, lorsque le FRB est en train d’éclater. Crédit : Niu, et al ; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF ; CFHT.
Les observations réalisées avec le VLA en 2020 ont permis de localiser l’objet, ce qui a permis aux observations en lumière visible réalisées avec le télescope Subaru à Hawaï de montrer qu’il se trouve à la périphérie d’une galaxie naine située à près de 3 milliards d’années-lumière de la Terre. Les observations du VLA ont également révélé que l’objet émet constamment des ondes radio plus faibles entre les rafales.
“Ces caractéristiques font que cet objet ressemble beaucoup à la galaxie très proche de la Terre. premier FRB dont la position a été déterminée – également par le VLA – en 2016″, a déclaré Casey Law, de Caltech. Cette découverte a constitué une avancée majeure, fournissant les premières informations sur l’environnement et la distance d’un FRB. Cependant, sa combinaison de rafales répétées et d’émissions radio persistantes entre les rafales, provenant d’une région compacte, a distingué l’objet de 2016, appelé FRB 121102, de tous les autres FRB connus jusqu’à présent.
La région de FRB 190520, vue en lumière visible, avec l’image VLA du Fast Radio Burst animant entre l’objet éclatant et non éclatant. Crédit : Niu, et al ; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF ; CFHT.
“Maintenant, nous en avons deux comme ça, et cela soulève des questions importantes”, a déclaré Law. Law fait partie d’une équipe internationale d’astronomes qui rapportent leurs découvertes dans le journal “The Journal”. Nature.
Les différences entre FRB 190520 et FRB 121102 et tous les autres renforcent une possibilité suggérée précédemment, à savoir qu’il pourrait y avoir deux types différents de FRBs.
“Les FRB qui se répètent sont-ils différents de ceux qui ne se répètent pas ? Qu’en est-il de l’émission radio persistante – est-elle commune ?” a déclaré Kshitij Aggarwal, étudiant diplômé de l’Université de Virginie occidentale (WVU).
Les astronomes suggèrent qu’il pourrait y avoir deux mécanismes différents produisant les FRBs ou que les objets qui les produisent pourraient agir différemment à différents stades de leur évolution. Les principaux candidats pour les sources de FRBs sont les étoiles à neutrons super denses qui restent après l’explosion d’une étoile massive en supernova, ou les étoiles à neutrons avec des champs magnétiques ultra forts, appelés magnétars.
Localisation de FRB 190520 dans le ciel. Crédit : Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Une caractéristique de FRB 190520 remet en question l’utilité des FRB en tant qu’outils d’étude de la matière située entre eux et la Terre. Les astronomes analysent souvent les effets de la matière intermédiaire sur les ondes radio émises par des objets distants pour en savoir plus sur cette matière ténue. L’un de ces effets se produit lorsque les ondes radio traversent un espace contenant des électrons libres. Dans ce cas, les ondes à haute fréquence se déplacent plus rapidement.que les ondes de basse fréquence.
Cet effet, appelé dispersion, peut être mesuré pour déterminer la densité d’électrons dans l’espace entre l’objet et la Terre, ou, si la densité d’électrons est connue ou supposée, fournir une estimation approximative de la distance à l’objet. Cet effet est souvent utilisé pour estimer la distance des pulsars.
Cela n’a pas fonctionné pour le FRB 190520. Une mesure indépendante de la distance basée sur le décalage Doppler de la lumière de la galaxie causé par l’expansion de l’Univers a placé la galaxie à près de 3 milliards d’années-lumière de la Terre. Cependant, le signal de l’explosion présente une dispersion qui indiquerait normalement une distance d’environ 8 à 9,5 milliards d’années-lumière.
“Cela signifie qu’il y a beaucoup de matière à proximité du FRB, ce qui brouillerait toute tentative de l’utiliser pour mesurer le gaz entre les galaxies”, a déclaré Aggarwal. “Si c’est le cas avec d’autres, alors nous ne pouvons pas compter sur l’utilisation des FRB comme repères cosmiques “, a-t-il ajouté.
Les astronomes ont émis l’hypothèse que le FRB 190520 pourrait être un ” nouveau-né “, encore entouré de matière dense éjectée par l’explosion de la supernova qui a laissé derrière elle le neutron star. As that material eventually dissipates, the dispersion of the burst signals also would decline. Under the “newborn” scenario, they said, the repeating bursts also might be a characteristic of younger FRBs and dwindle with age.
“The FRB field is moving very fast right now and new discoveries are coming out monthly. However, big questions still remain, and this object is giving us challenging clues about those questions,” said Sarah Burke-Spolaor, of WVU.
Reference: “A repeating fast radio burst associated with a persistent radio source” 8 June 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04755-5
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