Une équipe d'astronomes, y compris des chercheurs du MIT, a ramassé un curieux, répétition du rythme des sursauts radio rapides émanant d'une source inconnue en dehors de notre galaxie, 500 millions d'années-lumière.

rafales radio rapides, ou FRB, sont court, des flashs intenses d'ondes radio que l'on pense être le produit de petits, loin, objets extrêmement denses, bien que ce que pourraient être exactement ces objets soit un mystère de longue date en astrophysique. Les FRB durent généralement quelques millisecondes, au cours de laquelle ils peuvent éclipser des galaxies entières.

Depuis que le premier FRB a été observé en 2007, les astronomes ont répertorié plus de 100 sursauts radio rapides provenant de sources distantes dispersées à travers l'univers, en dehors de notre propre galaxie. Pour la plupart, ces détections étaient ponctuelles, clignote brièvement avant de disparaître complètement. Dans une poignée de cas, les astronomes ont observé plusieurs fois des sursauts radio rapides à partir de la même source, mais sans motif discernable.

Cette nouvelle source FRB, que l'équipe a catalogué comme FRB 180916.J0158+65, est le premier à produire un périodique, ou modèle cyclique de rafales radio rapides. Le motif commence par un bruit, fenêtre de quatre jours, pendant laquelle la source émet des salves aléatoires d'ondes radio, suivi d'une période de silence radio de 12 jours.

Les astronomes ont observé que ce schéma de 16 jours de sursauts radio rapides se reproduisait régulièrement sur 500 jours d'observations. "Ce FRB que nous rapportons maintenant est comme une horloge, " dit Kiyoshi Masui, professeur adjoint de physique à l'Institut Kavli d'astrophysique et de recherche spatiale du MIT. "C'est le schéma le plus définitif que nous ayons vu de l'une de ces sources. Et c'est un indice important que nous pouvons utiliser pour commencer à rechercher la physique de la cause de ces éclairs lumineux, ce que personne ne comprend vraiment."

Masui est membre de la collaboration CHIME/FRB, un groupe de plus de 50 scientifiques dirigé par l'Université de la Colombie-Britannique, Université McGill, Université de Toronto, et le Conseil national de recherches du Canada, qui exploite et analyse les données de l'expérience canadienne de cartographie de l'intensité de l'hydrogène, ou CARILLON, un radiotélescope en Colombie-Britannique qui a été le premier à capter les signaux de la nouvelle source FRB périodique.

La collaboration CHIME/FRB a publié aujourd'hui les détails de la nouvelle observation dans la revue La nature .

Une vue radio

En 2017, CHIME a été érigé au Dominion Radio Astrophysical Observatory en Colombie-Britannique, où il a rapidement commencé à détecter des sursauts radio rapides provenant de galaxies à travers l'univers, à des milliards d'années-lumière de la Terre.

CHIME se compose de quatre grandes antennes, chacun de la taille et de la forme d'un half-pipe de snowboard, et est conçu sans pièces mobiles. Plutôt que de pivoter pour se concentrer sur différentes parties du ciel, CHIME regarde fixement le ciel entier, en utilisant le traitement numérique du signal pour localiser la région de l'espace d'où proviennent les ondes radio entrantes.

De septembre 2018 à février 2020, CHIME a sélectionné 38 rafales radio rapides à partir d'une seule source, FRB 180916.J0158+65, que les astronomes ont tracé à une région de barattage d'étoiles à la périphérie d'une galaxie spirale massive, 500 millions d'années-lumière de la Terre. La source est la source FRB la plus active que CHIME a encore détectée, et jusqu'à récemment, c'était la source FRB la plus proche de la Terre.

Alors que les chercheurs traçaient chacun des 38 sursauts au fil du temps, un schéma a commencé à émerger :un ou deux sursauts se produiraient sur quatre jours, suivi d'une période de 12 jours sans rafales, après quoi le motif se répéterait. Ce cycle de 16 jours s'est répété encore et encore au cours des 500 jours où ils ont observé la source.

"Ces sursauts périodiques sont quelque chose que nous n'avons jamais vu auparavant, et c'est un nouveau phénomène en astrophysique, " dit Masui.

Scénarios d'encerclement

Le phénomène exact qui se cache derrière ce nouveau rythme extragalactique est une grande inconnue, bien que l'équipe explore certaines idées dans leur nouveau document. Une possibilité est que les salves périodiques puissent provenir d'un seul objet compact, comme une étoile à neutrons, c'est à la fois une rotation et une oscillation - un phénomène astrophysique connu sous le nom de précession. En supposant que les ondes radio émanent d'un emplacement fixe sur l'objet, si l'objet tourne le long d'un axe et que cet axe n'est pointé vers la direction de la Terre que tous les quatre jours sur 16, alors nous observerions les ondes radio comme des sursauts périodiques.

Une autre possibilité implique un système binaire, comme une étoile à neutrons en orbite autour d'une autre étoile à neutrons ou d'un trou noir. Si la première étoile à neutrons émet des ondes radio, et est sur une orbite excentrique qui le rapproche brièvement du deuxième objet, les marées entre les deux objets pourraient être suffisamment fortes pour provoquer la déformation et l'éclatement de la première étoile à neutrons avant qu'elle ne s'éloigne. Ce schéma se répéterait lorsque l'étoile à neutrons revient le long de son orbite.

Les chercheurs ont envisagé un troisième scénario, impliquant une source émettrice de radio qui entoure une étoile centrale. Si l'étoile émet un vent, ou nuage de gaz, puis à chaque passage de la source dans le cloud, le gaz du nuage pourrait périodiquement amplifier les émissions radio de la source.

"Peut-être que la source émet toujours ces éclats, mais on ne les voit que lorsqu'il traverse ces nuages, parce que les nuages ​​agissent comme une lentille, " dit Masui.

La possibilité la plus excitante est peut-être l'idée que ce nouveau FRB, et même ceux qui ne sont pas périodiques ou même répétitifs, peut provenir de magnétars, un type d'étoile à neutrons dont on pense qu'il possède un champ magnétique extrêmement puissant. Les particularités des magnétars sont encore un peu mystérieuses, mais les astronomes ont observé qu'ils libèrent occasionnellement des quantités massives de rayonnement à travers le spectre électromagnétique, y compris l'énergie dans la bande radio.

"Les gens ont travaillé sur la façon de faire en sorte que ces magnétars émettent des rafales radio rapides, et cette périodicité que nous avons observée a depuis été intégrée à ces modèles pour comprendre comment tout cela s'emboîte, " dit Masui.

Très récemment, le même groupe a fait une nouvelle observation qui soutient l'idée que les magnétars peuvent en fait être une source viable pour les sursauts radio rapides. Fin avril, CHIME a capté un signal qui ressemblait à une rafale radio rapide, provenant d'un magnétar torché, une trentaine, 000 années-lumière de la Terre. Si le signal est confirmé, ce serait le premier FRB détecté dans notre propre galaxie, ainsi que la preuve la plus convaincante des magnétars comme source de ces mystérieuses étincelles cosmiques.