Les astronomes utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont retracé les emplacements de cinq brèves, de puissantes ondes radio vers les bras spiraux de cinq galaxies lointaines.

Appelées rafales radio rapides (FRB), ces événements extraordinaires génèrent autant d'énergie en un millième de seconde que le soleil en un an. Parce que ces impulsions radio transitoires disparaissent en beaucoup moins qu'un clin d'œil, les chercheurs ont du mal à savoir d'où ils viennent, beaucoup moins déterminer quel type d'objet ou d'objets les cause. Par conséquent, la plupart du temps, les astronomes ne savent pas exactement où chercher.

Localiser d'où viennent ces explosions, et en particulier, de quelles galaxies ils proviennent, est important pour déterminer quels types d'événements astronomiques déclenchent des éclairs d'énergie aussi intenses. La nouvelle enquête Hubble sur huit FRB aide les chercheurs à réduire la liste des sources FRB possibles.

Flash dans la nuit

Le premier FRB a été découvert dans les données archivées enregistrées par l'observatoire radio de Parkes le 24 juillet 2001. Depuis lors, les astronomes ont découvert jusqu'à 1, 000 FRB, mais ils n'ont pu associer qu'une quinzaine d'entre eux à des galaxies particulières.

"Nos résultats sont nouveaux et passionnants. Il s'agit de la première vue haute résolution d'une population de FRB, et Hubble révèle que cinq d'entre eux sont localisés près ou sur les bras spiraux d'une galaxie, " a déclaré Alexandra Mannings de l'Université de Californie, Santa Cruz, l'auteur principal de l'étude. "La plupart des galaxies sont massives, relativement jeune, et toujours en train de former des étoiles. L'imagerie nous permet d'avoir une meilleure idée des propriétés globales de la galaxie hôte, tels que sa masse et son taux de formation d'étoiles, ainsi que de sonder ce qui se passe juste à la position FRB parce que Hubble a une si grande résolution."

Dans l'étude de Hubble, les astronomes ne les ont pas tous épinglés pour héberger des galaxies, mais ils ont également identifié les types d'endroits dont ils sont originaires. Hubble a observé l'un des emplacements FRB en 2017 et les sept autres en 2019 et 2020.

"Nous ne savons pas ce qui cause les FRB, il est donc très important d'utiliser le contexte lorsque nous l'avons, " a déclaré Wen-fai Fong, membre de l'équipe de l'Université Northwestern à Evanston, Illinois. "Cette technique a très bien fonctionné pour identifier les progéniteurs d'autres types de transitoires, comme les supernovae et les sursauts gamma. Hubble a joué un grand rôle dans ces études, trop."

Les galaxies de l'étude de Hubble existaient il y a des milliards d'années. Astronomes, donc, voient les galaxies telles qu'elles sont apparues lorsque l'univers avait environ la moitié de son âge actuel.

Beaucoup d'entre eux sont aussi massifs que notre Voie lactée. Les observations ont été faites en lumière ultraviolette et proche infrarouge avec la caméra à champ large 3 de Hubble.

La lumière ultraviolette trace la lueur de jeunes étoiles enfilées le long des bras sinueux d'une galaxie spirale. Les chercheurs ont utilisé les images dans le proche infrarouge pour calculer la masse des galaxies et trouver où résident les anciennes populations d'étoiles.

Emplacement, emplacement, emplacement

Les images affichent une diversité de structure de bras en spirale, de étroitement enroulé à plus diffus, révélant comment les étoiles sont réparties le long de ces caractéristiques importantes. Les bras spiraux d'une galaxie tracent la distribution des jeunes, étoiles massives. Cependant, les images de Hubble révèlent que les FRB trouvés près des bras spiraux ne proviennent pas des régions les plus lumineuses, qui flamboient de la lumière des grosses étoiles. Les images aident à soutenir une image que les FRB ne proviennent probablement pas des plus jeunes, étoiles les plus massives.

Ces indices ont aidé les chercheurs à exclure certains des déclencheurs possibles de types de ces brillantes éruptions, y compris les morts explosives des plus jeunes, étoiles les plus massives, qui génèrent des sursauts gamma et certains types de supernovae. Une autre source improbable est la fusion d'étoiles à neutrons, les noyaux écrasés d'étoiles qui finissent leur vie dans des explosions de supernova. Ces fusions mettent des milliards d'années à se produire et se trouvent généralement loin des bras spiraux des galaxies plus anciennes qui ne forment plus d'étoiles.

Monstres magnétiques

Les résultats Hubble de l'équipe, cependant, sont cohérents avec le modèle dominant selon lequel les FRB proviennent de jeunes explosions de magnétar. Les magnétars sont un type d'étoile à neutrons avec de puissants champs magnétiques. On les appelle les aimants les plus puissants de l'univers, possédant un champ magnétique 10 000 milliards de fois plus puissant qu'un aimant de porte de réfrigérateur. L'année dernière, les astronomes ont lié les observations d'un FRB repéré dans notre galaxie de la Voie lactée avec une région où réside un magnétar connu.

"En raison de leurs champs magnétiques puissants, les magnétars sont assez imprévisibles, " expliqua Fong. " Dans ce cas, on pense que les FRB proviennent des fusées éclairantes d'un jeune magnétar. Les étoiles massives passent par l'évolution stellaire et deviennent des étoiles à neutrons, dont certains peuvent être fortement magnétisés, conduisant à des éruptions et des processus magnétiques sur leurs surfaces, qui peut émettre de la lumière radio. Notre étude correspond à cette image et exclut les progéniteurs très jeunes ou très vieux pour les FRB. »

Les observations ont également aidé les chercheurs à renforcer l'association des FRB avec des galaxies en formation d'étoiles. Les précédentes observations au sol de certaines galaxies hôtes FRB possibles n'ont pas détecté aussi clairement la structure sous-jacente, tels que les bras en spirale, dans beaucoup d'entre eux. Astronomes, donc, n'a pas pu exclure la possibilité que les FRB proviennent d'une galaxie naine se cachant sous une galaxie massive. Dans la nouvelle étude de Hubble, un traitement et une analyse minutieux des images ont permis aux chercheurs d'exclure les galaxies naines sous-jacentes, selon le co-auteur Sunil Simha de l'Université de Californie, Santa Cruz.

Bien que les résultats de Hubble soient passionnants, les chercheurs disent qu'ils ont besoin de plus d'observations pour développer une image plus définitive de ces éclairs énigmatiques et mieux identifier leur source. "C'est un domaine tellement nouveau et passionnant, " a déclaré Fong. "Trouver ces événements localisés est une pièce majeure du puzzle, et une pièce de puzzle très unique par rapport à ce qui a été fait auparavant. C'est une contribution unique de Hubble."

Les résultats de l'équipe paraîtront dans un prochain numéro de Le Journal d'Astrophysique.