Le sursaut radio récemment détecté dans la Voie lactée est bien répétitif

Les sursauts radio rapides, ou FRB, sont des sursauts d’ondes radio extrêmement énergétiques et brefs. Détectés pour la première fois en 2007, ils représentent une véritable énigme cosmique pour les astrophysiciens lorsqu’il s’agit d’identifier leur source ou leur mécanisme de production. Plus étrange encore, certains FRB — détectés dans d’autres galaxies — montrent un cycle et un comportement répétitif. Mais récemment, des physiciens ont montré que le FRB détecté dans la Voie lactée plus tôt cette année est lui aussi un FRB répétitif. 

Dans un nouvel article publié dans la revue Nature Astronomy, le magnétar SGR 1935+2154 a été décrit comme émettant deux signaux radio plus puissants que ceux détectés précédemment, cohérents avec ceux vus à partir de sources extragalactiques. Les nouveaux signaux, cependant, n’ont pas tous la même force. Cela suggère qu’il pourrait y avoir plus d’un processus à l’intérieur des magnétars capables de produire ces sursauts énigmatiques, et que SGR 1935+2154 pourrait être un excellent laboratoire pour les comprendre.

Les sursauts radio rapides sont une énigme depuis leur découverte en 2007. Ce sont des sursauts d’énergie extrêmement puissants uniquement dans les fréquences radio, d’une durée de quelques millisecondes au maximum. Et il y avait plusieurs difficultés majeures pour comprendre ce qu’ils étaient. Jusqu’en avril de cette année, des sursauts radio rapides (FRB) n’avaient été détectés que venant de l’extérieur de la Voie lactée, à des millions d’années-lumière.

Pour la plupart d’entre eux, cependant, nous n’avons même pas été en mesure de retracer leur source. Et bien que quelques-unes aient été détectées avec un schéma répétitif, la plupart des sources FRB n’ont été détectées qu’une seule fois, et sans avertissement, ce qui les rend extrêmement difficiles (mais pas impossibles) à suivre.

Un FRB répétitif confirmé dans la Voie lactée

Le 28 avril 2020, un objet hautement magnétisé dans notre galaxie, à seulement 30’000 années-lumière de distance, a été détecté émettant une rafale d’ondes radio puissante d’une durée d’une milliseconde. Une fois que le signal a été corrigé pour la distance, les astronomes ont constaté qu’il n’était pas aussi puissant que les FRB extragalactiques, mais tout le reste correspondait au profil. L’événement a été officiellement confirmé en tant que FRB plus tôt ce mois-ci et a reçu le nom FRB 200428.

Depuis lors, les astronomes surveillent attentivement FRB 200428. Et le 24 mai 2020, le radiotélescope Westerbork Synthesis aux Pays-Bas a capté deux sursauts radio d’une milliseconde du magnétar, à 1.4 seconde d’intervalle. Un signal FRB beaucoup plus faible a également été détecté par le radiotélescope sphérique à ouverture de cinq cents mètres (FAST) en Chine, le 3 mai.

Et déjà, ces trois nouveaux signaux nous en disent long, comme le décrit une étude dirigée par l’astrophysicien Franz Kirsten de l’Université de technologie Chalmers en Suède. Les premières rafales d’avril de FRB 200428 étaient extrêmement brillantes — une fluence combinée de 700 millisecondes kilojansky. Les trois signaux de suivi étaient beaucoup plus faibles. Celui de FAST était le plus faible, à 60 millisecondes millijansky. Les deux signaux de Westerbork étaient de 110 millisecondes jansky et 24 millisecondes jansky respectivement. [Le jansky (Jy) est une unité employée en radioastronomie pour mesurer l’intensité des signaux radio].

« En supposant qu’un seul mécanisme d’émission soit responsable de tous les sursauts radio signalés à partir de SGR 1935 + 2154, il doit être d’un type tel que le taux de rafale soit presque indépendant de la quantité d’énergie émise sur plus de sept ordres de grandeur. Alternativement, différentes parties du cône d’émission pourraient traverser notre ligne de visée si la direction du faisceau change de façon notable avec le temps », écrivent les chercheurs.

La relation entre rayons X et ondes radio

Les magnétars sont des étoiles à neutrons avec un champ magnétique incroyablement puissant — environ 1000 fois plus puissant que celui d’une étoile à neutrons normale, et 1×10¹⁵ fois plus puissant que celui de la Terre. Nous ne savons pas vraiment comment ils se forment (des preuves récentes suggèrent que la collision d’étoiles à neutrons pourrait être en cause), mais nous savons qu’ils traversent des périodes de perturbations et d’activités intenses.

SGR 1935 + 2154 est connu pour passer par des périodes d’activité à rayons X intenses ; c’est normal pour un magnétar. Mais le premier FRB — celui du 28 avril — était également accompagné d’une éruption de rayons X, ce qui n’avait jamais été vu auparavant dans un FRB. Les trois nouveaux signaux, cependant, n’ont montré aucun signe d’homologues à rayons X. Et, lorsque l’équipe a travaillé dans la direction opposée, étudiant les données X du magnétar pour essayer de les relier à des homologues radio, ils n’ont rien trouvé là non plus.

Mieux comprendre la nature des FRB répétitifs

Certaines sources de FRB présentent une périodicité dans leurs signaux. Nous n’avons pas vu cela avec SGR 1935 + 2154. Il est possible que nous n’ayons pas assez de données. Il est possible que ces FRB périodiques soient dans des systèmes binaires. Et il est tout à fait probable que les magnétars ne soient qu’une source de FRB, et que d’autres restent à découvrir.

Le 8 octobre 2020, SGR 1935 + 2154 a émis trois autres sursauts radio, en une période de trois secondes. Ces données sont encore en cours d’analyse, mais elles marquent le début d’une bonne collection de signaux qui pourraient nous aider à rechercher des modèles ou des indices sur le comportement du magnétar qui les génère (un autre article récent suggère que des séismes du magnétar sont responsables).

« Peut-être que les sources FRB distantes et périodiquement actives sont plus lumineuses et plus actives parce qu’elles sont nettement plus jeunes que SGR 1935 + 2154, et parce que leurs magnétosphères sont perturbées par le vent ionisé d’un compagnon proche. De même, peut-être que les FRB non répétitifs sont plus vieux, et donc moins actifs. La caractérisation détaillée des environnements locaux des FRB est essentielle pour étudier ces possibilités », concluent les chercheurs.

Sources : Nature Astronomy