Origine inconnue : plus d’un millier d’explosions cosmiques puissantes détectées par le télescope FAST en 47 jours

FAST prend une vraie impulsion de FRB 121102

FAST prend un vrai pouls de FRB 121102. Crédit : NAOC

Une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur LI Di et le Dr WANG Pei des observatoires astronomiques nationaux de l’Académie chinoise des sciences (NAOC) a capturé un épisode extrême d’explosions cosmiques de Fast Radio Burst (FRB) 121102, en utilisant le cinq cents mètres Radiotélescope sphérique à ouverture (FAST). Un total de 1 652 salves indépendantes ont été détectées en 47 jours à compter du 29 août 2019 (UT).

Il s’agit du plus grand ensemble d’événements FRB à ce jour, plus que le nombre rapporté dans toutes les autres publications combinées. Un tel ensemble de rafales permet de déterminer, pour la première fois, l’énergie caractéristique et la distribution d’énergie de tout FRB, mettant ainsi en lumière le moteur central alimentant les FRB.

Ces résultats ont été publiés dans La nature le 13 octobre 2021.

Les FRB ont été détectés pour la première fois en 2007. Ces explosions cosmiques peuvent être aussi brèves qu’un millième de seconde tout en produisant l’équivalent d’un an de la production totale d’énergie du Soleil. L’origine des FRB est encore inconnue. Bien que même les extraterrestres aient été pris en compte dans les modèles de FRB, les causes naturelles sont clairement favorisées par les observations. Les foyers récents incluent des étoiles à neutrons hyper-magnétisées exotiques, des trous noirs et des cordes cosmiques laissées par le Big Bang.

FRB 121102 Distribution du taux d'éclatement de l'énergie équivalente isotrope

La distribution du taux de rafale de l’énergie équivalente isotrope à 1,25 GHz pour FRB 121102. Crédit : NAOC

Les scientifiques ont découvert qu’une petite fraction des FRB se répète. Ce phénomène facilite les études de suivi, y compris la localisation et l’identification des galaxies hôtes des FRB.

FRB 121102 est le premier répéteur connu et le premier FRB bien localisé. Les scientifiques ont identifié son origine dans une galaxie naine. De plus, ce FRB est clairement associé à une source radio persistante. Les deux indices sont cruciaux pour résoudre le mystère cosmique des FRB. Le comportement du FRB 121102 est difficile à prévoir et communément décrit comme « saisonnier ».

Lors du test du backend FAST FRB pendant la phase de mise en service, l’équipe a remarqué que FRB 121102 agissait avec des impulsions lumineuses fréquentes. Entre le 29 août et le 29 octobre 2019, 1 652 événements de rafale indépendants ont été détectés en 59,5 heures au total. Alors que la cadence de rafale a varié au cours de la série, 122 rafales ont été observées pendant l’heure de pointe, correspondant au taux d’événements le plus élevé jamais observé pour un FRB.

Rivière d'éclats d'une galaxie

Une « rivière » de sursauts d’une galaxie enregistrée par le télescope FAST. Le nombre de rafales et les énergies sont indiqués dans des histogrammes, imitant le tableau “A Vast Land” de WANG Ximeng de la dynastie Song. Crédit : NAOC

Une cadence aussi élevée facilite une étude statistique de ces salves FRB. Les chercheurs ont trouvé une énergie caractéristique claire de E0= 4,8 × 1037 erg, en dessous duquel la génération des rafales devenait moins efficace. La distribution de l’énergie des rafales peut être décrite de manière adéquate comme bimodale, à savoir une fonction log-normale pour les rafales à faible E et une fonction de Lorentz pour les rafales à E élevé, ce qui implique que les impulsions FRB les plus faibles peuvent être de nature stochastique et les plus fortes impliquent un rapport entre deux quantités indépendantes.

« L’énergie totale de cet ensemble de rafales s’élève déjà à 3,8 % de ce qui est disponible à partir d’un magnétar et aucune périodicité n’a été trouvée entre 1 ms et 1 000 s, ce qui limite fortement la possibilité que FRB 121102 provienne d’un objet compact isolé, », a déclaré le Dr WANG.

Plus de six nouveaux FRB ont été découverts grâce au Commensal Radio Astronomy FAST Survey (CRAFTS, https://crafts.bao.ac.cn/), dont un nouveau répéteur de type 121102. « En tant que plus grande antenne au monde, la sensibilité de FAST s’avère propice à la révélation des subtilités des transitoires cosmiques, y compris les FRB », a déclaré le professeur LI.

Ce projet fait partie d’une collaboration de longue date depuis la phase de mise en service du télescope FAST. Les principales institutions partenaires sont l’Université normale de Guizhou, l’Université du Nevada à Las Vegas, l’Université Cornell, le Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie, l’Université de Virginie-Occidentale, le CSIRO, l’Université de Californie à Berkeley et l’Université de Nanjing.

Référence : « A bimodal burst energy distribution of a repeating fast radio burst source » par D. Li, P. Wang, WW Zhu, B. Zhang, XX Zhang, R. Duan, YK Zhang, Y. Feng, NY Tang, S Chatterjee, JM Cordes, M. Cruces, S. Dai, V. Gajjar, G. Hobbs, C. Jin, M. Kramer, DR Lorimer, CC Miao, CH Niu, JR Niu, ZC Pan, L. Qian, L Spitler, D. Werthimer, GQ Zhang, FY Wang, XY Xie, YL Yue, L. Zhang, QJ Zhi et Y. Zhu, 13 octobre 2021, La nature.
DOI : 10.1038 / s41586-021-03878-5

Leave a Comment