Comme les ondes gravitationnelles (GW) et les sursauts gamma (GRB), les sursauts radio rapides (FRB) sont l’un des phénomènes astronomiques les plus puissants et les plus mystérieux aujourd’hui. Ces événements transitoires consistent en des sursauts qui émettent plus d’énergie en une milliseconde que le Soleil en trois jours. Alors que la plupart des rafales ne durent que quelques millisecondes, il y a eu de rares cas où des FRB se sont répétés. Alors que les astronomes ne savent toujours pas ce qui les cause et que les opinions varient, les observatoires dédiés et les collaborations internationales ont considérablement augmenté le nombre d’événements disponibles pour l’étude.
Un observatoire de premier plan est l’Expérience canadienne de cartographie de l’intensité de l’hydrogène (CHIME), un radiotélescope de nouvelle génération situé à l’Observatoire fédéral de radioastrophysique (DRAO) en Colombie-Britannique, au Canada. Grâce à son large champ de vision et sa large couverture en fréquence, ce télescope est un outil indispensable pour détecter les FRB (plus de 1000 sources à ce jour !) En utilisant un nouveau type d’algorithme, la collaboration CHIME/FRB a trouvé la preuve de 25 nouveaux FRB à répétition dans Données CHIME détectées entre 2019 et 2021.
La collaboration CHIME/FRB comprend des astronomes et des astrophysiciens du Canada, des États-Unis, d’Australie, de Tawain et d’Inde. Ses institutions partenaires incluent le DRAO, le Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics (DI), le Perimeter Institute for Theoretical Physics, le Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA), l’Anton Pannekoek Institute for Astronomy, le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) , l’Institut d’astronomie et d’astrophysique, le Centre national de radioastrophysique (NCRA) et l’Institut Tata de recherche fondamentale (TIFR), ainsi que plusieurs universités et instituts.
Malgré leur nature mystérieuse, les FRB sont omniprésents et les meilleures estimations indiquent que des événements arrivent sur Terre environ mille fois par jour dans tout le ciel. Aucune des théories ou modèles proposés à ce jour ne permet d’expliquer pleinement toutes les propriétés des sursauts ou des sources. Alors que certains sont censés être causés par des étoiles à neutrons et des trous noirs (attribuables à la haute densité d’énergie de leur environnement), d’autres continuent de défier la classification. Pour cette raison, d’autres théories persistent, allant des pulsars et des magnétars aux GRB et aux communications extraterrestres.
CHIME a été conçu à l’origine pour mesurer l’histoire de l’expansion de l’Univers grâce à la détection d’hydrogène neutre. Environ 370 000 ans après le Big Bang, l’Univers était imprégné de ce gaz, et les seuls photons étaient soit le rayonnement relique du Big Bang – le fond diffus cosmologique (CMB) – soit celui émis par les atomes d’hydrogène neutres. Pour cette raison, les astronomes et les cosmologistes appellent cette période «l’âge des ténèbres», qui s’est terminé environ 1 milliard d’années après le Big Bang lorsque les premières étoiles et galaxies ont commencé à réioniser l’hydrogène neutre (l’ère de la réionisation).
Plus précisément, CHIME a été conçu pour détecter la longueur d’onde de la lumière que l’hydrogène neutre absorbe et émet, connue sous le nom de ligne d’hydrogène de 21 centimètres. De cette façon, les astronomes ont pu mesurer la vitesse d’expansion de l’Univers au cours de l'”âge sombre” et faire des comparaisons avec les ères cosmologiques ultérieures qui sont observables. Cependant, CHIME s’est depuis révélé parfaitement adapté à l’étude des FRB, grâce à son large champ de vision et à la gamme de fréquences qu’il couvre (400 à 800 MHz). C’est l’objectif de la collaboration CHIME/FRB, qui est de détecter et de caractériser les FRB et de remonter jusqu’à leurs sources.
Comme l’a dit Ziggy Pleunis, boursier postdoctoral Dunlap et auteur principal, à Universe Today, chaque FRB est décrit par sa position dans le ciel et une quantité connue sous le nom de mesure de dispersion (DM). Il s’agit du délai entre les hautes et les basses fréquences causé par les interactions de la rafale avec le matériau lorsqu’il se déplace dans l’espace. Dans un article publié en août 2021, la collaboration CHIME/FRB a présenté le premier catalogue à grand échantillon de FRB contenant 536 événements détectés par CHIME entre 2018 et 2019, dont 62 sursauts provenant de 18 sources répétitives précédemment signalées.
Pour cette dernière étude, Pleunis et ses collègues se sont appuyés sur un nouvel algorithme de clustering qui recherche plusieurs événements co-localisés dans le ciel avec des DM similaires. “Nous pouvons mesurer la position du ciel et la dispersion du sursaut radio rapide jusqu’à une certaine précision qui dépend de la conception du télescope utilisé”, a déclaré Pleunis. “L’algorithme de clustering prend en compte toutes les rafales radio rapides que le télescope CHIME a détectées et recherche des groupes de FRB qui ont des positions cohérentes dans le ciel et des mesures de dispersion dans les incertitudes de mesure. Nous effectuons ensuite diverses vérifications pour nous assurer que les sursauts d’un cluster proviennent bien de la même source. »
Sur plus de 1000 FRB détectés à ce jour, seuls 29 ont été identifiés comme étant de nature répétitive. De plus, pratiquement tous les FRB répétitifs se répétaient de manière irrégulière. La seule exception est le FRB 180915, découvert par des chercheurs de CHIME en 2018 (et signalé en 2020) et qui émet des impulsions tous les 16,35 jours. Avec l’aide de ce nouvel algorithme, la collaboration CHIME/FRB a détecté 25 nouvelles sources répétitives, doublant presque le nombre disponible pour l’étude. De plus, l’équipe a noté quelques caractéristiques très intéressantes qui pourraient donner un aperçu de leurs causes et de leurs caractéristiques. Comme Pleunis l’a ajouté :
« Lorsque nous comptons soigneusement toutes nos rafales radio rapides et les sources qui se répètent, nous constatons que seulement 2,6 % environ de toutes les rafales radio rapides que nous découvrons se répètent. Pour bon nombre des nouvelles sources, nous n’avons détecté que quelques sursauts, ce qui rend les sources assez inactives. Presque aussi inactives que les sources que nous n’avons vues qu’une seule fois.
“Nous ne pouvons donc pas exclure que les sources pour lesquelles nous n’avons vu jusqu’à présent qu’un seul sursaut, finiront par afficher également des sursauts répétés. Il est possible que toutes les sources de rafales radio rapides finissent par se répéter, mais que de nombreuses sources ne soient pas très actives. Toute explication des sursauts radio rapides devrait pouvoir expliquer pourquoi certaines sources sont hyperactives alors que d’autres sont pour la plupart silencieuses.
Ces découvertes pourraient aider à éclairer les futures enquêtes, qui bénéficieront des radiotélescopes de nouvelle génération qui deviendront opérationnels dans les années à venir. Il s’agit notamment du Square Kilometre Array Observatory (SKAO), qui devrait recueillir sa première lumière d’ici 2027. Situé en Australie, ce télescope à 128 paraboles sera fusionné avec le réseau MeerKAT en Afrique du Sud pour créer le plus grand radiotélescope au monde. En attendant, la vitesse prodigieuse à laquelle de nouveaux FRB sont détectés (y compris les événements répétitifs) pourrait signifier que les radioastronomes pourraient être proches d’une percée !
Lectures complémentaires : arXiv
