les plats de Westerbork (à gauche) ont détecté un périodique, courte rafale radio rapide dans le bleu, ciel radio haute fréquence. Le temps passait, les étoiles de fond stables se sont transformées en traînées. Ce n'est que bien plus tard que la même source a émis dans le rouge, ciel radio basse fréquence. Le télescope LOFAR (à droite) les a maintenant détectés pour la première fois. Ce comportement chromatique montre que les sursauts ne sont pas périodiquement bloqués par des vents d'étoiles binaires. Crédit :Joeri van Leeuwen
En connectant deux des plus grands radiotélescopes au monde, les astronomes ont découvert qu'un simple vent binaire ne peut finalement pas provoquer la périodicité déroutante d'un sursaut radio rapide. Les sursauts peuvent provenir d'un matériau hautement magnétisé, étoile à neutrons isolée. Les détections radio montrent également que des rafales radio rapides, certains des événements les plus énergétiques de l'univers, sont exempts de matériau de protection. Cette transparence augmente encore leur importance pour la cosmologie. Les résultats apparaissent dans La nature cette semaine.
Couleurs de la radio
L'utilisation de "couleurs radio" a conduit à la percée. En lumière optique, les couleurs sont la façon dont l'œil distingue chaque longueur d'onde. Notre arc-en-ciel va de la lumière optique bleue à longueur d'onde plus courte, à une lumière optique rouge de plus longue longueur d'onde. Mais le rayonnement électromagnétique que l'œil humain ne peut pas voir, parce que la longueur d'onde est trop longue ou courte, est tout aussi réel. Les astronomes appellent cela "lumière ultraviolette" ou "lumière radio". La radio-lumière prolonge l'arc-en-ciel au-delà du bord rouge que nous voyons. L'arc-en-ciel radio lui-même passe également de "plus bleu, " radio à courte longueur d'onde à " plus rouge " radio à longue longueur d'onde. Les longueurs d'onde radio sont un million de fois plus longues que les longueurs d'onde du bleu et du rouge optiques, mais fondamentalement ce ne sont que des "couleurs":des couleurs radio.
L'équipe d'astronomes a maintenant étudié un sursaut radio rapide à deux longueurs d'onde radio - une plus bleue, un beaucoup plus rouge—en même temps. les rafales radio rapides sont parmi les éclairs les plus brillants du ciel radio, mais ils émettent en dehors de notre vision humaine. Ils ne durent qu'environ 1/1000ème de seconde. L'énergie requise pour former des rafales radio rapides doit être extrêmement élevée. Toujours, leur nature exacte est inconnue. Certaines rafales radio rapides se répètent, et dans le cas de FRB 20180916B, cette répétition est périodique. Cette périodicité a conduit à une série de modèles dans lesquels des sursauts radio rapides proviennent d'une paire d'étoiles en orbite l'une autour de l'autre. L'orbite binaire et le vent stellaire créent alors la périodicité. "Les vents stellaires forts du compagnon de la source de rafale radio rapide devaient laisser la plupart du bleu, la lumière radio à courte longueur d'onde s'échappe du système. Mais la radio à grande longueur d'onde la plus rouge devrait être bloquée davantage, voire complètement, " dit Inés Pastor-Marazuela (Université d'Amsterdam et ASTRON), le premier auteur de la publication.
Combiner Westerbork et LOFAR
Pour tester ce modèle, l'équipe d'astronomes a combiné le LOFAR et les télescopes Westerbork renouvelés. Ils ont ainsi pu étudier simultanément FRB 20180916B à deux couleurs radio. Westerbork a regardé la longueur d'onde la plus bleue de 21 centimètres, LOFAR a observé le plus rouge, Longueur d'onde de 3 mètres. Les deux télescopes ont enregistré des films radio avec des milliers d'images par seconde. Un supercalculateur d'apprentissage automatique très rapide a rapidement détecté les rafales. « Une fois que nous avons analysé les données, et comparé les deux couleurs radio, nous avons été très surpris, " dit Pastor-Marazuela. " Les modèles de vent binaire existants ont prédit que les sursauts ne devraient briller qu'en bleu, ou du moins y durer beaucoup plus longtemps. Mais nous avons vu deux jours plus bleus, sursauts radio, suivi de trois jours de sursauts radio plus rouges. Nous écartons les modèles originaux maintenant, quelque chose d'autre doit se passer."
Les détections de rafales radio rapides ont été les premières jamais réalisées avec LOFAR. Aucun n'avait été vu à des longueurs d'onde supérieures à 1 mètre jusqu'alors. Le Dr Yogesh Maan d'ASTRON a d'abord posé les yeux sur les sursauts LOFAR :« C'était passionnant de découvrir que les sursauts radio rapides brillent à de si longues longueurs d'onde. Après avoir parcouru d'immenses quantités de données, J'ai eu du mal à y croire au début, même si la détection était convaincante. Bientôt, encore plus d'éclats sont arrivés." Cette découverte est importante car elle signifie le plus rouge, l'émission radio à grande longueur d'onde peut s'échapper de l'environnement autour de la source de la rafale radio rapide. "Le fait que certaines rafales radio rapides vivent dans des environnements propres, relativement non obscurci par un brouillard dense d'électrons dans la galaxie hôte, est très excitant, ", déclare le co-auteur, le Dr Liam Connor (U. Amsterdam/ASTRON). "De telles rafales radio rapides et nues nous permettront de traquer la matière baryonique insaisissable qui reste introuvable dans l'univers."
Magnétars
Le télescope LOFAR et le système Apertif sur Westerbork sont chacun formidables en eux-mêmes, mais les percées ont été rendues possibles parce que l'équipe a directement connecté les deux, comme s'ils n'en faisaient qu'un. "Nous avons construit un système d'apprentissage automatique en temps réel sur Westerbork qui alertait LOFAR chaque fois qu'une rafale arrivait, " dit le chercheur principal Dr. Joeri van Leeuwen (ASTRON/U. Amsterdam), "Mais aucune rafale LOFAR simultanée n'a été observée. Premièrement, nous pensions qu'une brume autour des sursauts radio rapides bloquait tous les sursauts plus rouges, mais étonnamment, une fois les éclats plus bleus arrêtés, des éclats plus rouges sont apparus après tout. C'est à ce moment-là que nous avons réalisé que les modèles de vent binaires simples étaient exclus. les rafales radio rapides sont nues, et pourrait être fabriqué par des magnétars."
De tels magnétars sont des étoiles à neutrons, d'une densité beaucoup plus élevée que le plomb, qui sont également très magnétiques. Leurs champs magnétiques sont plusieurs fois plus puissants que l'aimant le plus puissant de n'importe quel laboratoire terrestre. « Un isolé, le magnétar à rotation lente explique le mieux le comportement que nous avons découvert, ", dit Pastor-Marazuela. "Cela ressemble beaucoup à un détective - nos observations ont considérablement réduit les modèles de rafales radio rapides qui peuvent fonctionner."
