FAST prend un vrai pouls de FRB 121102. Crédit : NAOC
Les phénomènes énergétiques connus sous le nom de Fast Radio Bursts (FRB) sont aujourd’hui l’un des plus grands mystères cosmiques. Ces mystérieux éclairs de lumière sont visibles dans la partie des ondes radio du spectre et ne durent généralement que quelques millisecondes avant de disparaître pour toujours. Depuis l’observation du premier FRB en 2007, les astronomes attendent avec impatience le jour où des instruments suffisamment sensibles pourront les détecter régulièrement.
Ce jour est arrivé avec l’achèvement du radiotélescope FAST de 500 mètres (alias Tianyan, « Eye of Heaven »). Depuis sa mise en service, cet observatoire a considérablement augmenté le nombre de FRB détectés. En fait, selon des recherches menées par les Observatoires astronomiques nationaux de l’Académie chinoise des sciences (NAO/CAS), l’observatoire a détecté un total de 1 652 sursauts indépendants provenant d’une seule source en 47 jours.
La recherche, récemment publiée dans la revue La nature, a été menée par des chercheurs du projet Commensal Radio Astronomy FAST Survey (CRAFTS). CRAFTS comprend des chercheurs du Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science, du Max-Planck-Institut für Radioastronomie, de l’Organisation de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth (CSIRO) et de plusieurs universités en Chine, en Australie et aux États-Unis.
Pour décomposer ce phénomène, les FBR sont très énergétiques, produisant l’équivalent d’une année de production solaire en l’espace de quelques millisecondes. Dans de rares cas, les astronomes ont trouvé des sursauts qui se répétaient dans la nature, ce qui leur a permis de mener des études de suivi. Bien que l’origine de ces sursauts soit encore inconnue, les explications possibles vont des étoiles à neutrons hyper-magnétisées et des trous noirs aux cordes cosmiques laissées par le Big Bang et même des transmissions extraterrestres !
Cette explication exotique est particulièrement attrayante en ce qui concerne les FRB répétitifs, car la répétition se prête à des explications artificielles. Cela inclut le signal désigné FRB 121102, qui a été initialement détecté en 2012 et est le premier répéteur connu et le premier FRB bien localisé. Non seulement ce signal a été tracé jusqu’à une galaxie naine à 3 milliards d’années-lumière, mais il éclate à plusieurs reprises à des intervalles assez réguliers.
Des observations antérieures ont déterminé qu’il se répète sur un cycle de 157 jours qui consiste en une phase inactive de 67 jours, suivie d’une période de 90 jours au cours de laquelle il émettrait à plusieurs reprises des éruptions radio intenses. Ces dernières années, Pei Wang et les nombreuses institutions participant au projet de télescope FAST ont surveillé les FRB 121102 et enregistré plusieurs sursauts répétés – un composé de 20 impulsions en une journée et un autre où 12 sursauts ont été observés en deux heures.
À partir de ceux-ci, Wang et ses collègues ont pu affiner les estimations du cycle de FRB 121102, qu’ils placent désormais à 156,1 jours. Mais lorsqu’ils ont examiné les données backend obtenues par FAST lors de sa phase de mise en service, ils ont remarqué que FRB 121102 a connu une période d’activité vraiment énergétique. Pendant les trois mois, à compter du 29 aoûte au 29 octobree, 2019, FAST a détecté pas moins de 1 652 rafales indépendantes en 59,5 heures sur 47 jours.
Le télescope Green Bank surveille la galaxie à la recherche de sursauts radio rapides (FRB). Crédit : UC Berkeley
Alors que le taux d’impulsions radio a varié tout au long de cette période, un record de 122 rafales s’est produit pendant l’heure de pointe – le taux d’événements le plus élevé jamais observé à partir d’un FRB. Sur la base des sursauts détectés, les chercheurs ont déterminé qu’ils ont une équivalence énergétique maximale de 480 Nonillions (4,8 × 1037) ergs à 1,25 GHz, en dessous duquel la détection des salves est supprimée. Comme l’a dit le Dr Wang dans un Salle de presse de la SCA Libération:
“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 1000 s, ce qui limite fortement la possibilité que FRB 121102 provienne d’un objet compact isolé. ”
Ils ont également déterminé que la distribution d’énergie des salves est de nature bimodale, ce qui signifie qu’elles sont distribuées de deux manières, selon le niveau d’énergie. En d’autres termes, ils ont constaté que les impulsions FRB plus faibles sont plus aléatoires tandis que les plus fortes se produisent avec une plus grande cohérence. De plus, ces derniers résultats ont également permis à l’équipe d’étudier l’éventail des causes théoriques et de les affiner.
D’une part, le manque de périodicité (ou quasi-périodicité) de ce FRB répétitif remet en cause l’idée qu’il résulte d’un seul objet compact en rotation (aka. un trou noir ou étoile à neutrons). Deuxièmement, le taux de rafale élevé défavorise les mécanismes à haute énergie ou artificiels, ce qui jette le doute sur les théories de l’agence extraterrestre. Mais surtout, ils ont découvert que la cadence élevée de ces sursauts (où beaucoup se produisent au cours de périodes d’une heure) facilitera les futures études statistiques.
Vue d’artiste du Lorimer Burst observé par l’observatoire radio d’Arecibo. Crédit et droit d’auteur : Danielle Futselaar
Fondamentalement, ils prévoient que les astronomes pourront mener des enquêtes sur la nature périodique de ces sursauts, avec des recherches d’une durée comprise entre 1 milliseconde et 1000 secondes. De plus, ils prévoient que le télescope FAST jouera un rôle essentiel. « 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.
Dans des nouvelles plus récentes, le projet CRAFTS a signalé la découverte de six nouveaux FRB, dont un répéteur similaire au FRB 121102. Ces sources radio et d’autres sont répertoriées sur le Site web de l’ARTISANAT.
Publié à l’origine le Univers aujourd’hui.
Pour en savoir plus sur cette étude, voir Origine inconnue : Plus d’un millier d’explosions cosmiques puissantes détectées par le télescope FAST en 47 jours.
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
