Une vaste analyse des propriétés de 128 sursauts radio rapides (FRB) non répétitifs suggère qu’ils proviennent de galaxies lointaines comparables à la Voie lactée. En revanche, ceux répétitifs auraient pour origine des environnements plus extrêmes, avec des densités et des champs magnétiques très élevés. Ces résultats constituent de précieux indices sur ces émissions radio longtemps restées mystérieuses.
Les sursauts radio rapides (FRB) sont de puissantes émissions d’ondes radio produisant en une milliseconde une quantité d’énergie équivalente à ce que produit le Soleil en trois jours (en moyenne). Découverts pour la première fois en 2007, plus de 1000 FRB ont été recensés à ce jour. La majorité de ces émissions sont non répétitives, tandis que 3 % sont répétitives (c’est-à-dire qu’elles se produisent toujours au même endroit). Alors que les premières sont détectées sur des fréquences allant de 300 MHz à 1,53 GHz, les secondes concernent une large gamme de fréquences allant de 110 MHz à 8 GHz.
Cependant, malgré leur fréquence d’apparition et les nombreux travaux consacrés à leur étude, leurs origines exactes et les mécanismes sous-tendant leur formation demeurent jusqu’à présent incertains. De plus, il n’est pas clair si les deux catégories des FRB ont des origines distinctes, ni même si tous les FRB sont répétitifs, mais que nos instruments ne sont pas suffisamment sensibles pour faire la différence.
Il existe en effet une lacune de recherche entre les deux types de FRB, car ceux réplétifs sont nettement plus faciles à observer. En revanche, l’étude des non répétitifs nécessite l’observation simultanée d’une grande partie du ciel, car on ne sait jamais d’où proviendra le signal.
D’un autre côté, les FRB émettent de la lumière polarisée, c’est-à-dire toujours orientée dans la même direction (verticalement, horizontalement ou selon un angle entre ces deux orientations). Or, « jusqu’à présent, nous les avons toujours observés de la même manière qu’une étoile dans le ciel, en pensant à sa luminosité, ou en déterminant à quelle distance elle se trouve », a déclaré à Space.com Ayush Pandhi, de l’Université de Toronto.
La détection des changements dans cette polarisation pourrait révéler des informations sur les environnements par lesquels les FRB passent avant d’atteindre nos instruments. Cela pourrait ainsi potentiellement révéler des indices sur leur véritable origine. Dans cette vision, Pandhi est ses collègues ont analysé une centaine de FRB non répétitifs en lumière polarisée, en utilisant les données de l’expérience canadienne de cartographie de l’intensité de l’hydrogène (CHIME).
Alors que la plupart des radiotélescopes ne peuvent couvrir que de petites portions du ciel à la fois, CHIME permet d’observer une zone beaucoup plus vaste pour détecter les FRB, permettant ainsi de distinguer ceux répétitifs des non répétitifs. D’autre part, les observations en lumière polarisée sont rares, car beaucoup plus difficiles à réaliser d’un point de vue technique.
« C’était le premier aperçu des 97 % [de FRB non répétitifs] restants », explique Pandhi dans un communiqué de l’Université de Toronto, en faisant référence à une nouvelle étude détaillée dans The Astrophysical Journal. « Cela nous permet de reconsidérer ce que nous pensons des FRB et de voir en quoi les FRB répétitifs et non répétitifs peuvent être différents », ajoute-t-il. L’Université de Californie à Santa Cruz, l’Université d’Amsterdam et l’Université McGill (au Canada) ont également participé à l’étude.
Des sursauts radio provenant de galaxies lointaines
Pour effectuer leur enquête, les chercheurs de la nouvelle étude ont analysé 128 FRB non répétitifs. Bien que des études aient précédemment examiné les FRB non répétitifs en lumière polarisée, il s’agit de la première fois que plus d’une centaine à la fois sont analysés de cette manière. Si la lumière polarisée traverse des électrons et des champs magnétiques, son angle de polarisation présente des variations. Ces variations deviennent plus importantes à mesure que le rayonnement traverse de la matière magnétisée.
« Il s’agit d’une nouvelle façon d’analyser les données dont nous disposons sur les FRB. Au lieu de simplement examiner la luminosité d’un objet, nous examinons également l’angle des ondes électromagnétiques de la lumière », explique Pandhi. « Cela vous donne des informations supplémentaires sur comment et où cette lumière est produite, et sur ce qu’elle a traversé au cours de son voyage jusqu’à nous sur plusieurs millions d’années-lumière ».
Ils ont constaté que les FRB non répétitifs semblaient provenir de galaxies lointaines plus ou moins similaires à la nôtre. En effet, leur polarisation est nettement inférieure à celle des FRB répétitifs, suggérant ainsi qu’ils traversent moins de matière et de champs magnétiques que ces derniers.
Les FRB répétitifs, quant à eux, proviennent vraisemblablement d’environnements plus extrêmes présentant des champs magnétiques beaucoup plus denses, étant donné leur polarisation. Les chercheurs ont initialement supposé qu’il s’agit d’étoiles à neutrons (ou pulsars), étant donné la nature transitoire du rayonnement émis par ces objets. Cependant, et de manière étonnante, les caractéristiques de polarisation des FRB ne correspondent pas à celles des pulsars.
« Si ces choses viennent du même type d’objets, on pourrait s’attendre à ce qu’ils présentent des similitudes, mais il semble qu’ils soient en réalité assez différents », indique Pandhi. Cela suggère que ce groupe constitue soit une population distincte, soit des versions plus évoluées d’une même population provenant d’environnements qui auraient initialement été moins extrêmes.
Bien que de nombreuses questions subsistent, ces résultats peuvent servir de base pour l’orientation des futures recherches sur le sujet. Ils pourraient par exemple permettre d’affiner les prédictions théoriques ou d’améliorer les modélisations. « Cela fournit un autre paramètre, voire quelques paramètres supplémentaires, pour nous aider à exclure certaines théories au sujet de leur nature et origine, jusqu’à ce que nous en ayons une qui colle (avec les observations) », conclut l’astrophysicien.
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