La science des sursauts radio rapides (FRB), ces flashs anormaux de signaux radio apparaissant dans le ciel environ une fois par minute, vient de s’éclaircir un peu plus – si ce n’est un peu plus étrange.
Une nouvelle étude publiée mercredi dans le journal Nature a suivi un FRB répétitif avec une précision extrême jusqu’à sa galaxie hôte et ajoute des preuves à l’hypothèse que les FRB sont alimentés par des magnétars – des étoiles à neutrons avec des champs magnétiques immensément énergiques.
Mais la source du FRB, un amas globulaire de vieilles étoiles, ne se trouve pas là où les astronomes s’attendraient à trouver un magnétar, ce qui suggère une nouvelle voie vers la formation d’une dynamo stellaire aussi puissante, ou une source non magnétarisée des sursauts radio provenant de ce que l’on appelle le FRB 20200120E.
“Soit il s’agit d’un magnétar, et nous avons en quelque sorte la preuve que cet autre magnétar n’est pas un magnétar. [magnetar] Soit il s’agit d’un magnétar et nous avons en quelque sorte la preuve que cet autre canal de formation existe”, a déclaré Franz Kirsten, astronome à l’Université de technologie de Chalmers et premier auteur de l’article. Ou “si ce n’est pas un magnétar, alors cela ajoute à la diversité des sources qui peuvent générer des sursauts radio rapides”.
Les sursauts radio rapides sont un phénomène récent en astronomie, le premier ayant été détecté en 2007 et le premier localisé dans la Voie lactée ayant été découvert en 2020. Les signaux FRB sont extrêmement courts – de l’ordre de quelques millisecondes – et libèrent une énorme quantité d’énergie dans ces brefs éclats, ce qui a conduit les astronomes à émettre l’hypothèse qu’ils proviennent de magnétars, qui possèdent les champs magnétiques les plus denses en énergie du cosmos.
Mais il ne s’agit encore que d’une hypothèse. Étant donné que la plupart des FRB découverts jusqu’à présent sont extragalactiques et lointains, et compte tenu de la période relativement courte pendant laquelle ils ont été étudiés, les astronomes tentent toujours de comprendre leur nature fondamentale, selon Vikram Ravi, professeur d’astronomie à Caltech et auteur d’un commentaire apparaissant à côté de l’article de Kirsten dans .Nature.
“Nous essayons de rassembler ces éléments de preuve vraiment disparates et, à certains égards, presque circonstanciels, pour tenter de trouver une image de ce qu’ils sont”, a déclaré Ravi. “Un processus qui consiste à essayer de former l’image à travers cette immense sorte de brouillard de toutes les choses qui se trouvent entre nous et les FRBs.”
C’est ce qui a suscité l’enthousiasme du Dr Kirsten et de ses collègues lorsque le télescope canadien Chime (Hydrogen Intensity Mapping Experiment) a placé FRB 20200120E quelque part dans la galaxie Messier 81, qui n’est distante que de 11 années-lumière et demie.
“Il s’agit du sursaut radio rapide extragalactique le plus proche, et de loin”, a-t-il déclaré, “donc 40 fois plus proche que le plus proche suivant”.
En orientant un réseau de 11 radiotélescopes vers les sursauts radio de FRB 20200120E, le Dr Kirsten et ses collègues ont pu identifier sa source comme étant un amas globulaire éloigné du centre de sa galaxie hôte. Ce qui, a-t-il ajouté, est quelque peu étrange.
“Un amas globulaire est un système d’étoiles très anciennes, et toutes ces étoiles massives, elles ont disparu depuis longtemps”, a déclaré le Dr Kirsten. “Elles vivent une vie très courte et elles explosent en quelques millions d’années”.
Mais la principale théorie sur la formation des magnétars est qu’ils résultent d’une supernova à effondrement du noyau – une étoile environ huit à dix fois plus massive que notre Soleil devient nova et laisse derrière elle une jeune étoile à neutrons ou magnétar. Mais les étoiles candidates à un tel effondrement dans l’amas globulaire abritant le FRB 20200120E sont déjà mortes.
“Vous arrivez rapidement à la conclusion que s’il s’agit d’un magnétar dans cet amas globulaire, il ne peut pas s’être formé par effondrement du noyau d’une supernova”, a déclaré le Dr Kirsten. Mais il existe une autre théorie de longue date sur la formation des magnétars, selon laquelle une étoile naine blanche vole suffisamment de masse à une étoile compagnon proche pour que la naine blanche gonfle au point de ne plus pouvoir se maintenir, “puis elle s’effondre et donne naissance à une étoile à neutrons, ou à un magnétar dans ce cas, ce que nous pensons être arrivé”.
Il n’est pas encore certain que FRB 20200120E trouve son origine dans un magnétar. Le Dr Kirsten note que certains types de pulsars pourraient également générer un sursaut radio similaire, tout comme un système binaire à rayons X de faible masse, un trou noir ou une étoile à neutrons avec un compagnon binaire aux champs magnétiques intensément interactifs. Jusqu’à présent, FRB 20200120E n’a montré aucune activité en rayons X, mais il note que les observatoires actuels des rayons X ne sont pas assez sensibles pour exclure un système binaire à rayons X de faible masse. Cela pourrait nécessiter de nouveaux satellites plus sensibles.
En attendant, le FRB 20200120E suggère que les astronomes peuvent cesser d’essayer de comprendre ce que sont réellement les FRB et les utiliser pour mieux comprendre d’autres phénomènes. La matière noire, par exemple.
“Environ 80 à 90% de la matièreque nous savons être là, qui ne se voit pas, qui ne brille pas”, a déclaré le Dr Ravi. “Et pourtant, nous savons qu’il est là grâce à l’influence de la gravité, ainsi qu’à notre compréhension de la cosmologie”.
Mais bien que nous ne puissions pas facilement observer la matière noire, les signaux radio émis par les FRB devraient être retardés de différentes quantités et à différentes fréquences lorsqu’ils traversent la matière noire, ou suivre des chemins légèrement déviés en raison des champs gravitationnels des objets de matière noire entre la Terre et un FRB.
“Ce que nous espérons faire, c’est utiliser les FRB pour sonder le contenu, la distribution et les conditions physiques de cette matière autrement invisible”, a déclaré le Dr Ravi. “Il y a plusieurs modèles de matière noire qui disent qu’une bonne fraction de la matière noire est juste ces sortes de petits trous noirs flottant librement partout dans l’univers, et nous aimerions pouvoir utiliser les FRBs pour tester cette affirmation.”
