Des astronomes du MIT et d'ailleurs ont détecté un signal radio étrange et persistant provenant d'une galaxie lointaine qui semble clignoter avec une régularité surprenante.

Le signal est classé comme une rafale radio rapide, ou FRB - une rafale d'ondes radio extrêmement puissante d'origine astrophysique inconnue, qui dure généralement quelques millisecondes au maximum. Cependant, ce nouveau signal persiste jusqu'à trois secondes, environ 1 000 fois plus longtemps que le FRB moyen. Dans cette fenêtre, l'équipe a détecté des rafales d'ondes radio qui se répètent toutes les 0,2 secondes selon un schéma périodique clair, semblable à un cœur qui bat.

Les chercheurs ont étiqueté le signal FRB 20191221A, et il s'agit actuellement du FRB le plus durable, avec le schéma périodique le plus clair, détecté à ce jour.

La source du signal se situe dans une galaxie lointaine, à plusieurs milliards d'années-lumière de la Terre. La nature exacte de cette source reste un mystère, bien que les astronomes soupçonnent que le signal pourrait provenir d'un pulsar radio ou d'un magnétar, qui sont tous deux des types d'étoiles à neutrons - des noyaux effondrés d'étoiles géantes extrêmement denses et tournant rapidement.

"Il n'y a pas beaucoup de choses dans l'univers qui émettent des signaux strictement périodiques", explique Daniele Michilli, postdoctorante à l'Institut Kavli d'astrophysique et de recherche spatiale du MIT. "Les exemples que nous connaissons dans notre propre galaxie sont les pulsars radio et les magnétars, qui tournent et produisent une émission rayonnée semblable à un phare. Et nous pensons que ce nouveau signal pourrait être un magnétar ou un pulsar sous stéroïdes."

L'équipe espère détecter plus de signaux périodiques à partir de cette source, qui pourrait ensuite être utilisée comme horloge astrophysique. Par exemple, la fréquence des sursauts et la façon dont ils changent à mesure que la source s'éloigne de la Terre pourraient être utilisés pour mesurer la vitesse à laquelle l'univers s'étend.

La découverte est rapportée aujourd'hui dans la revue Nature , et est rédigé par des membres de la collaboration CHIME/FRB, dont les co-auteurs du MIT Calvin Leung, Juan Mena-Parra, Kaitlyn Shin et Kiyoshi Masui du MIT, ainsi que Michilli, qui a d'abord dirigé la découverte en tant que chercheur à l'Université McGill , puis en postdoc au MIT.

"Boum, boum, boum"

Depuis la découverte du premier FRB en 2007, des centaines d'éclairs radio similaires ont été détectés dans l'univers, plus récemment par l'expérience canadienne de cartographie de l'intensité de l'hydrogène, ou CHIME, un radiotélescope interférométrique composé de quatre grands réflecteurs paraboliques situé au Dominion Observatoire de radioastrophysique en Colombie-Britannique, Canada.

CHIME observe en permanence le ciel pendant la rotation de la Terre et est conçu pour capter les ondes radio émises par l'hydrogène dans les tout premiers stades de l'univers. Le télescope est également sensible aux sursauts radio rapides, et depuis qu'il a commencé à observer le ciel en 2018, CHIME a détecté des centaines de FRB émanant de différentes parties du ciel.

La grande majorité des FRB observés à ce jour sont des rafales d'ondes radio ultrabrillantes qui durent quelques millisecondes avant de s'éteindre. Récemment, des chercheurs ont découvert le premier FRB périodique qui semblait émettre un schéma régulier d'ondes radio. Ce signal consistait en une fenêtre de quatre jours de rafales aléatoires qui se répétaient ensuite tous les 16 jours. Ce cycle de 16 jours indiquait un schéma d'activité périodique, bien que le signal des rafales radio réelles soit aléatoire plutôt que périodique.

Le 21 décembre 2019, CHIME a capté le signal d'un FRB potentiel, ce qui a immédiatement attiré l'attention de Michilli, qui scannait les données entrantes.

"C'était inhabituel", se souvient-il. "Non seulement c'était très long, d'une durée d'environ trois secondes, mais il y avait des pics périodiques qui étaient remarquablement précis, émettant chaque fraction de seconde - boum, boum, boum - comme un battement de coeur. C'est la première fois que le signal lui-même est périodique ."

Éclats brillants

En analysant le schéma des sursauts radio de FRB 20191221A, Michilli et ses collègues ont trouvé des similitudes avec les émissions des pulsars radio et des magnétars dans notre propre galaxie. Les pulsars radio sont des étoiles à neutrons qui émettent des faisceaux d'ondes radio, semblant pulser lorsque l'étoile tourne, tandis qu'une émission similaire est produite par les magnétars en raison de leurs champs magnétiques extrêmes.

La principale différence entre le nouveau signal et les émissions radio de nos propres pulsars et magnétars galactiques est que le FRB 20191221A semble être plus d'un million de fois plus brillant. Michilli dit que les éclairs lumineux peuvent provenir d'un pulsar radio ou d'un magnétar distant qui est normalement moins brillant lorsqu'il tourne et qui, pour une raison inconnue, a éjecté un train d'éclats brillants, dans une rare fenêtre de trois secondes que CHIME était heureusement positionné pour attraper. /P>

"CHIME a maintenant détecté de nombreux FRB avec des propriétés différentes", déclare Michilli. "Nous en avons vu qui vivent à l'intérieur de nuages ​​très turbulents, tandis que d'autres semblent être dans des environnements propres. D'après les propriétés de ce nouveau signal, nous pouvons dire qu'autour de cette source, il y a un nuage de plasma qui doit être extrêmement turbulent."

Les astronomes espèrent capter des sursauts supplémentaires du périodique FRB 20191221A, ce qui peut aider à affiner leur compréhension de sa source et des étoiles à neutrons en général.

"Cette détection soulève la question de savoir ce qui pourrait causer ce signal extrême que nous n'avons jamais vu auparavant, et comment pouvons-nous utiliser ce signal pour étudier l'univers", dit Michilli. "Les futurs télescopes promettent de découvrir des milliers de FRB par mois, et à ce moment-là, nous pourrions trouver beaucoup plus de ces signaux périodiques." + Explorer plus loin

Les sursauts radio rapides incluent des ondes radio de fréquence inférieure à celles détectées précédemment