Définis comme des sursauts d’ondes radios d’une durée de quelques millisecondes, les sursauts radio rapides (FRB pour fast radio burst) sont des phénomènes physiques d’origine inconnue. La source radio FRB 121102 est la seule source récurrente connue à ce jour, et des astrophysiciens viennent d’identifier 72 nouveaux sursauts radio rapides en provenance de celle-ci grâce à l’intelligence artificielle.

Les sursauts radio rapides font partie des phénomènes physiques les plus extrêmes et mystérieux du cosmos. Ils génèrent une énergie équivalente à plusieurs centaines de millions de Soleils durant seulement quelques millisecondes. La plupart n’apparaissent qu’une fois et sans signes précurseur. Cela signifie que les scientifiques ne peuvent les prédire et qu’ils sont, en réalité, identifiés par la  suite dans les données recueillies.

FRB 121102 fait toutefois exception puisqu’il s’agit de l’unique source récurrente de sursauts radio rapides connue à ce jour. Découverte en 2012 par le radiotélescope d’Arecibo, de nombreux sursauts radio ont été enregistrés depuis (200 événements entre 2012 et 2017). Situés dans une galaxie naine à environ 3 milliards d’années-lumière de la Terre, ses sursauts ont une durée comprise entre 30 µs et 2 ms.

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La connaissance de cette récurrence a permis aux astrophysiciens de la collaboration SETI, dans le cadre du projet Breakthrough Listen, de tourner le Green Bank Telescope, le 26 août 2017, vers FRB 121102 pendant 5 heures. Au sein des 400 térabits de données recueillis lors de ces observations, les chercheurs ont, dans la première heure, identifié 21 sursauts rapides grâce à des algorithmes informatiques standards. Ils ont ensuite déterminé que la source radio suivait un cycle alternant activité et pause.

radiotlescope green bank

Le radiotélescope Green Bank du projet Breakthrough Listen permet de détecter les signaux radio en provenance du cosmos. Crédits : NRAO/AUI/NSF

Cependant, en réanalysant les données grâce à un algorithme de marchine learning plus puissant, ce dernier a permis de révéler que FRB 121102 était en réalité bien plus active et complexe que précédemment déterminé. Pour ce faire, les scientifiques ont entraîné un réseau neuronal convolutif (CNN) — type de réseau de neurones artificiels acycliques, dans lequel le motif de connexion entre les neurones est inspiré par le cortex visuel des animaux — à reconnaître les sursauts radio rapides.

L’algorithme a ainsi identifié 72 nouveaux sursauts, portant à environ 300 le nombre de ces sursauts observés par les astrophysiciens en provenance de FRB 121102. « Ce travail n’est que le début de l’utilisation de ces puissantes méthodes pour identifier les sources radio » explique Gerry Zhang, astrophysicien à l’université de Berkeley (Californie, USA). « Nous espérons que ce succès inspirera d’autres sérieux efforts dans l’application du machine learning à la radioastronomie ».

Ces résultats, acceptés pour publication dans la revue Astrophysical Journal, permettent de mieux comprendre certaines caractéristiques de FRB 121102, comme la périodicité de ses sursauts : selon les chercheurs, il semble n’y avoir aucun schéma identifiable dans le processus d’émission, à moins que ce schéma soit inférieur à 10 millisecondes. Tout comme les schémas des étoiles céphéides ou des pulsars ont permis de mieux comprendre ces objets, l’absence de schéma pour FRB 121102 pourrait permettre aux scientifiques de mieux comprendre son mécanisme.

sursauts radio rapides

Voici quelques-uns des sursauts radio rapides identifiés par les astrophysiciens dans les 30 premières minutes d’observation. Crédits : Yunfan Gerry Zhang & al.

La récurrence de la source est ce qui a permis, en premier lieu, d’en identifier la localisation. De plus, des distorsions dans les signaux radio semblent indiquer qu’elle serait située dans un environnement extrême, comme aux abords d’un trou noir ou au sein d’une puissante nébuleuse par exemple. L’autre avantage de cette découverte réside dans la démonstration du bénéfice à réanalyser d’anciennes données par de nouvelles technologies — comme les réseaux neuronaux — dans le but d’identifier de nouvelles informations.

Bien que les sources, c’est-à-dire les région du cosmos, des sursauts radio rapides soient généralement identifiées, leur véritable origine fait encore l’objet d’hypothèses. Certains astrophysiciens avancent des trous noirs en évaporation, des étoiles à neutrons en formation ou mourantes, des blitzars, voire même une techno-signature extraterrestre.

« Que les sursauts radio rapides s’avèrent ou non être des signatures d’une technologie extraterrestre, le projet Breakthrough Listen aide à repousser les frontières de notre compréhension croissante de l’Univers qui nous entoure » conclut Andrew Siemion, astronome au projet Breakthrough Listen.

Source : Université de Berkeley

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