Des astronomes du MIT et d’universités du Canada et des États-Unis 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 extrêmement puissante d’ondes radio d’origine astrophysique inconnue, qui dure généralement quelques millisecondes au maximum. Cependant, ce nouveau signal dure 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 seconde avec un schéma périodique distinct, semblable à un battement de cœur.
Les chercheurs ont nommé le signal FRB 20191221A, et il s’agit actuellement du FRB ayant la plus longue durée de vie, avec le schéma périodique le plus clair découvert à ce jour.
La source du signal est située dans une galaxie lointaine, à plusieurs milliards d’années-lumière de la Terre. Ce que pourrait être exactement cette source reste un mystère, bien que les astronomes soupçonnent que le signal pourrait être émis par un pulsar radio ou un magnétar, qui sont tous deux des types d’étoiles à neutrons – les noyaux très denses et à rotation rapide des étoiles géantes.
« Il n’y a pas beaucoup de choses dans l’univers qui émettent des signaux strictement périodiques », explique Danielle Micheli, chercheuse postdoctorale à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT. « Un exemple que nous connaissons dans notre galaxie sont les pulsars radio et magnétiques, qui tournent et produisent un faisceau semblable à une balise. Nous pensons que ce nouveau signal pourrait être un magnétar ou un pulsar dopé. »
L’équipe espère découvrir plus de signaux périodiques à partir de cette source, qui pourra ensuite être utilisée comme horloge astrophysique. Par exemple, la fréquence des sursauts et leur évolution à mesure que la source s’éloigne de la Terre peuvent être utilisées pour mesurer le taux d’expansion de l’univers.
Cette découverte a été rapportée aujourd’hui dans la revue tempérer la natureet a été rédigé par des membres de la collaboration CHIME/FRB, dont les co-auteurs du MIT Calvin Leung, Juan Mina-Barra, Caitlin Shen et Kiyoshi Masui au MIT, ainsi que Micheli, qui a d’abord dirigé la découverte en tant que chercheur à McGill. Université, puis en postdoc au Massachusetts Institute of Technology.
« Boum boum boum »
Depuis la première découverte de FRB en 2007, des centaines d’éclairs radio similaires ont été détectés à travers 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 situés dans le Dominion. Observatoire de radioastrophysique en Colombie-Britannique, Canada.
CHIME surveille en permanence le ciel pendant la rotation de la Terre et est conçu pour capter les ondes radio émises par l’hydrogène aux 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 jusqu’à présent sont des rafales d’ondes radio ultra-lumineuses qui durent quelques millisecondes avant de clignoter. Récemment, des chercheurs ont découvert Première patrouille FRB . qui semble émettre un motif régulier d’ondes radio. Ce signal consiste en une fenêtre de quatre jours de rafales aléatoires qui se répètent ensuite tous les 16 jours. Ce cycle de 16 jours indiquait un schéma d’activité cyclique, bien que le signal RF réel soit aléatoire plutôt que cyclique.
Le 21 décembre 2019, CHIME a capté un signal d’un éventuel FRB, qui a immédiatement attiré l’attention de Michilli, qui examinait les données entrantes.
« C’était inhabituel », se souvient-il. « Ce n’était pas très long, ça a duré environ trois secondes, mais il y avait des pics périodiques qui étaient remarquablement précis, émettant chaque milliseconde – boum, boum, boum – comme un battement de coeur. C’est la première fois que le signal lui-même est périodique. »
Éclats fantastiques
En analysant le modèle de sursaut radio de FRB 20191221A, Mitchell et ses collègues ont trouvé des similitudes avec les émissions des pulsars radio et magnétiques dans notre galaxie. Les pulsars radio sont des étoiles à neutrons qui émettent des faisceaux d’ondes radio, semblant pulser lorsque l’étoile tourne, tandis que les magnétars produisent une émission similaire en raison de leurs champs magnétiques intenses.
La principale différence entre le nouveau signal et les émissions radio de nos pulsars et magnétosphères est que le FRB 20191221A semble être un million de fois plus lumineux. Les éclairs lumineux peuvent provenir d’un pulsar ou d’un magnétar radio distant qui est généralement moins brillant lorsqu’il tourne et qui, pour une raison inconnue, a déclenché un train d’explosions lumineuses, dans une rare fenêtre de trois secondes que CHIME était heureusement positionné pour capturer, dit Micheli.
« CHIME a maintenant découvert de nombreux FRB avec des propriétés différentes », explique Micheli. « Nous avons vu certains vivre à l’intérieur de nuages très turbulents, tandis que d’autres semblent être dans des environnements propres. D’après les caractéristiques de ce nouveau signal, nous pouvons dire qu’autour de cette source, il y a un nuage de plasma qui doit être très turbulent. »
Les astronomes espèrent attraper des rafales supplémentaires de FRB 20191221A périodiques, ce qui pourrait aider à améliorer leur compréhension de leur source et des étoiles à neutrons en général.
« Cette découverte soulève la question de savoir pourquoi un signal aussi extrême que nous n’avons jamais vu auparavant, et comment nous pouvons utiliser ce signal pour étudier l’univers », explique Micheli. « Les futurs télescopes promettent de détecter des milliers de FRB par mois, auquel cas nous pourrions trouver davantage de ces signaux périodiques. »
Cette recherche a été financée, en partie, par la Fondation canadienne pour l’innovation.
