Des astronomes détectent 25 nouveaux sursauts radio rapides répétitifs

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Vue d'artiste d'un sursaut radio rapide traversant l'espace et atteignant la Terre. | ESO/M. Kornmesser

Les sursauts radio rapides constituent l’un des phénomènes astronomiques les plus puissants et les plus mystérieux. Bien que plus d’un millier de sources de ces signaux aient été détectées à ce jour, leur nature demeure inconnue. Des astronomes de la collaboration CHIME/FRB rapportent aujourd’hui la découverte de 25 nouveaux sursauts radio rapides répétitifs. Le suivi de ces nouveaux signaux pourrait aider à enfin identifier l’événement cosmique dont ils sont issus.

Les sursauts radio rapides (ou FRB pour fast radio burst), sont des impulsions d’ondes radio extrêmement brèves, d’une durée de quelques microsecondes à quelques millisecondes. Leur découverte est relativement récente, le tout premier FRB ayant été découvert en 2007. Depuis, plus de 1000 sources de FRB ont été détectées. Ces événements transitoires sont très impressionnants : un FRB moyen émet autant d’énergie en une milliseconde que le Soleil en trois jours ! La plupart d’entre eux sont uniques ou se répètent de manière aléatoire, mais quelques-uns sont connus pour se répéter à intervalles très réguliers.

Par exemple, la source FRB 20121102 a émis plus de 200 signaux entre 2012 et 2017, mais de manière très erratique, tandis que le signal FRB 20180916 se répète très exactement tous les 16,35 jours. La plupart des détections de FRB sont aujourd’hui réalisées grâce au radiotélescope CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment). Inauguré en 2017, il était initialement conçu pour mieux comprendre l’accélération de l’expansion de l’Univers. Grâce à son grand champ de vision et sa large gamme de fréquences (400 à 800 MHz), l’installation s’est avérée particulièrement performante pour la détection des FRB.

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Un nouvel algorithme pour repérer les signaux répétitifs

Comment sont créés les FRB ? S’ils sont vraisemblablement émis par une source contenue dans un champ magnétique extrêmement puissant, leur origine exacte est toujours sujette à débat. Plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer ces signaux très énergétiques : étoile à neutrons en rotation rapide, trou noir, fusion de trous noirs ou d’autres objets compacts, magnétar, signes de communication extraterrestre, etc. Cependant, aucun des théories ou modèles proposés à ce jour ne permet d’expliquer pleinement toutes les propriétés des sursauts ou des sources, souligne Universe Today.

L’objectif de la collaboration CHIME/FRB est de détecter et de caractériser un maximum de FRB afin de lever le voile sur leur origine. Chaque sursaut est en effet caractérisé par sa position dans le ciel et sa « mesure de dispersion » (DM) — une valeur qui décrit le délai observé entre les hautes et les basses fréquences composant une même rafale de signaux ; ce décalage est causé par les interactions du signal avec la matière lorsqu’il se déplace dans l’espace (les longueurs d’onde plus longues étant davantage retardées).

En 2021, l’équipe avait présenté dans The Astrophysical Journal le premier catalogue de 536 FRB détectés grâce au CHIME, entre juillet 2018 et juillet 2019 ; ce catalogue comprenait 62 sursauts provenant de 18 sources répétitives précédemment rapportées. Pour leurs nouvelles recherches, les chercheurs ont utilisé un nouvel algorithme de regroupement, qui permet de repérer des événements multiples colocalisés présentant des DM similaires.

« L’algorithme de regroupement prend en compte tous les sursauts radio rapides détectés par le télescope CHIME et recherche des groupes de sursauts radio rapides dont les positions dans le ciel et les mesures de dispersion sont cohérentes, dans les limites des incertitudes de mesure. Nous procédons ensuite à diverses vérifications pour nous assurer que les sursauts d’un groupe proviennent bien de la même source », explique le Dr Ziggy Pleunis, de l’Institut Dunlap d’astronomie et d’astrophysique de l’Université de Toronto, et membre de la collaboration CHIME/FRB.

Des sursauts uniques… qui ne le sont peut-être pas

Sur les plus de 1000 FRB détectés à ce jour, seuls 29 avaient jusqu’à présent été identifiés comme sursauts répétitifs ; la plupart se répètent de façon aléatoire. À l’aide du nouvel algorithme, les chercheurs ont repéré dans les données du radiotélescope, collectées entre 2019 et 2021, pas moins de 25 nouvelles sources de FRB répétitives. « Les nouveaux répéteurs ont des DM allant de ∼220 à ∼1700 pc/cm3, et comprennent des sources ayant présenté aussi peu que deux sursauts jusqu’à douze », écrivent-ils. Ils rapportent également la détection de 14 FRB répétitifs candidats supplémentaires.

localisation FRB
Répartition dans le ciel des sources de FRB répétitifs découvertes par la collaboration CHIME/FRB. © B. Andersen et al.

Pour les astronomes, les FRB répétitifs constituent évidemment la meilleure opportunité d’effectuer des observations de suivi et ainsi d’identifier la nature de leur source avec certitude. L’équipe a d’ailleurs relevé plusieurs caractéristiques intéressantes concernant ces nouveaux sursauts.

Pour commencer, il apparaît que les DM des sursauts répétés sont inférieures à celles des sources non répétitives. Si cela peut être expliqué en partie par un biais d’observation (les sursauts répétés les plus proches étant trouvés plus facilement), cela peut également signaler une origine astrophysique distincte pour les répéteurs par rapport aux sources non répétitives, soulignent les chercheurs.

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Par ailleurs, en considérant l’ensemble des sources de FRB détectées jusqu’à présent, ils ont constaté que seuls 2,6% des sursauts se répètent. La plupart des sources s’avèrent en outre relativement peu actives, n’émettant que quelques sursauts sur une très longue durée. Ces longs délais parfois observés entre deux rafales suggèrent que certains FRB considérés pour le moment comme « uniques » ne le sont finalement peut-être pas.

« Nous ne pouvons pas exclure que les sources pour lesquelles nous n’avons vu jusqu’à présent qu’un seul sursaut se répètent un jour ou l’autre. Il est possible que toutes les sources de sursauts radio rapides se répètent un jour, mais que de nombreuses sources ne soient pas très actives », explique Pleunis. Cela implique bien sûr que toute théorie liée à l’origine des sursauts radio doit être capable d’expliquer pourquoi certaines sources sont beaucoup plus actives que d’autres.

Dans l’espoir de résoudre enfin ce mystère, l’équipe encourage le suivi radio et multi-longueurs d’onde des sources nouvellement détectées, et des 14 autres sursauts candidats. Les futures observations qui seront menées avec des radiotélescopes de nouvelle génération — tels que le Square Kilometer Array (SKAO), qui devrait recueillir sa première lumière d’ici 2027 — permettront sans doute de mieux comprendre ces signaux mystérieux.

Source : B. Andersen et al., The Astrophysical Journal

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