Les sursauts radio rapides (FRBs) sont parmi les plus grands mystères auxquels les astronomes sont confrontés aujourd’hui. Découverts pour la première fois en 2007 (le fameux “Rafale de Lorimer“), ces événements énergétiques consistent en d’énormes salves d’ondes radio qui ne durent généralement que quelques millisecondes. Bien que la plupart des événements observés à ce jour soient des événements ponctuels, les astronomes ont détecté quelques FRBs qui étaient répétant par nature. La cause de ces sursauts reste inconnue, avec des théories allant deà . étoiles à neutrons en rotation et magnétarsà extraterrestres !
Depuis la détection du premier événement il y a quinze ans, l’amélioration de nos instruments et des réseaux dédiés a permis de nombreuses autres détections ! Autre événement marquant, une équipe internationale d’astronomes a récemment effectué des mesures de haute précision d’un FRB répétitif situé dans la galaxie spirale Messier 81 (M81) – le FRB le plus proche observé à ce jour. Les résultats de l’équipe ont permis de résoudre certaines questions sur ce phénomène mystérieux et d’en soulever d’autres.
L’équipe internationale était composée de chercheurs de la Institut néerlandais de radioastronomie(ASTRON), de l Institut d’astronomie Anton Pannekoek, le Institut Max Planck de radioastronomie, le Observatoire spatial d’Onsala, le Institut Perimeter pour la physique théorique , le Centre international de radioastronomie de Ventspils(VIRAC), ainsi que de nombreuses universités et instituts de recherche aux Pays-Bas, en Allemagne, en Suède, au Canada, en Chine, en Inde, en Italie, au Royaume-Uni et aux États-Unis.
Leurs résultats ont été décrits dans deux articles publiés en parallèle cette semaine dans les revues suivantes Nature et Nature Astronomy. Les études ont été menées conjointement par L’équipe est dirigée conjointement par Franz Kirsten, un astronome postdoctoral de l’université à forte intensité de recherche> ; située à Göteborg, en Suède. Elle a été fondée en 1829 à la suite d’un don de William Chalmers, un directeur de la Compagnie suédoise des Indes orientales. Elle se concentre sur la technologie, la science, l’architecture et la navigation.
;” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>Chalmers University of Technology in Sweden and ASTRON, and Kenzie Nimmo, a Ph.D. student with ASTRON and the University of Amsterdam.
As they describe in their papers, the team set out to make high-precision measurements of a repeating FRB discovered in January 2020 in the constellation Ursa Major (aka. the Big Dipper). To study the source with the highest possible resolution and sensitivity, the team combined measurements from multiple instruments in the European VLBI Network (EVN) – a network of telescopes located primarily in Europe and Asia specializing in Very Long Baseline Interferometry (VLBI).
These were complemented by measurements taken from other powerful radio telescopes, like the Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) in New Mexico. When they analyzed the measurements, they realized the repeating FRB came from the nearby spiral galaxy Messier 81 (M 81). This galaxy is located about 12 million light-years from Earth, making this event the closest FRB detected to date. As Kirsten explained in a recent Chalmers press release:
“We wanted to look for clues to the bursts’ origins. Using many radio telescopes together, we knew we could pinpoint the source’s location [in] le ciel avec une extrême précision. Cela donne la possibilité de voir à quoi ressemble le voisinage local d’un sursaut radio rapide.”
Un magnétar scintille, caché parmi des étoiles anciennes (en rouge) dans la périphérie de la galaxie spirale Messier 81 (M 81). Crédit : Daniëlle Futselaar, artsource.nl
De plus, l’équipe a localisé le FRB à la périphérie de la galaxie et a réalisé qu’il devait provenir d’un amas dense d’étoiles très anciennes (un amas globulaire). Il s’agissait d’une découverte plutôt inattendue, car de nombreux FRB sont entourés d’étoiles jeunes, massives et de courte durée de vie, dont la masse est plusieurs fois celle de notre Soleil. Ces étoiles terminent leur vie sous forme de naines blanches extrêmement denses et fortement magnétisées, appelées magnétars.
“C’est incroyable de trouver des sursauts radio rapides provenant d’un amas globulaire”, a ajouté Kirsten. “C’est un endroit de l’espace où l’on ne trouve que de vieilles étoiles. Plus loin dans l’univers, des sursauts radio rapides ont été trouvés dans des endroits où les étoiles sont beaucoup plus jeunes. Il devait s’agir de quelque chose d’autre”. Comme indiqué, les astronomes en sont venus à penser que les FRBs sont le résultat de jeunes étoiles subissant un effondrement gravitationnel pour devenir des magnétars. Cette hypothèse a été confirmée par un nombre important de recherches menées ces dernières années.
Cependant, ces dernières découvertes suggèrent qu’ils pourraient être liés à des magnétars qui se sont formés lorsqu’une white dwarf became massive enough to collapse under its own weight – something that has been predicted but never before seen. Team member Jason Hessels, a professor with the University of Amsterdam and ASTRON, explained:
“We expect magnetars to be shiny and new, and definitely not surrounded by old stars. So if what we’re looking at here really is a magnetar, then it can’t have been formed from a young star exploding. There has to be another way.”
A new composite image of the Crab Nebula features X-rays from Chandra (blue and white), optical data from Hubble (purple), and infrared data from Spitzer (pink). Credit: NASA
In globular clusters, many stars exist as binary systems, some of which get close for one star to collect material from the other. This often occurs when one star is no longer in its main sequence and expands to become a Red Giant. The companion will begin to siphon material from the Red Dwarf’s outer layers, eventually leading to a situation known as “accretion-induced collapse.”
“If one of the white dwarfs can catch enough extra mass from its companion, it can turn into an even denser star, known as a neutron star,” said team member Mohit Bhardwaj, a Ph.D. candidate at McGill University and a member of the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME). “That’s a rare occurrence, but in a cluster of ancient stars, it’s the simplest way of making fast radio bursts.”
After zooming in on their measurements to look for additional clues, the astronomers found something else that surprised them. Some of the flashes they observed were shorter in duration than expected, lasting for nanoseconds (one-billionth of a second) rather than milliseconds (one-thousandth). This is similar to what has been observed from a pulsar in the Crab Nebula, a tiny, dense remnant of a supernova explosion that was seen from Earth in 1054 CE. Said Nimmo:
“The flashes flickered in brightness within as little as a few tens of nanoseconds. That tells us that they must be coming from a tiny volume in space, smaller than a soccer pitch and perhaps only tens of meters across. Some of the signals we measured are short and extremely powerful, in just the same way as some signals from the Crab pulsar. That suggests that we are indeed seeing a magnetar, but in a place that magnetars haven’t been found before.”
In the near future, observations of this system and others like it will help astronomers tell if the source is an unusual magnetar, an unusual pulsar, a black hole, a dense star in a close orbit, or something else entirely. Regardless, it is clear that the detection of more FRBs is leading to new and unexpected insights into FRBs and the life cycle of stars.
Originally published on Universe Today.
For more on this research, see:
Mysterious Cosmic Flashes Pinpointed to a Surprising Location in Space
Mysterious Source of Fast Radio Bursts
