Malgré des découvertes, l’origine des sursauts radio rapides court toujours

Vue d’artiste. © Univ. of Toronto
Plus d’une centaine de signaux radio extragalactiques forts et brefs ont été détectés depuis 2007. Deux études publiées en mai 2021 tentent de remonter l’origine de ces phénomènes appelés « sursauts radio rapides ». Mais avec des résultats paradoxaux.

On pensait le mystère des sursauts radio rapides (ou FRB, pour fast radio bursts) arrivé à son terme. Dans un article daté du 19 mai, l’équipe d’Alexandra Mannings a annoncé plusieurs avancées dans la compréhension de ces flashs radio de quelques millisecondes qui traversent le cosmos. Sur plus de 1000 sursauts recensés depuis 2007, seuls quinze ont pu être tracés jusqu’à leur source. Ces dernières semaines, les astronomes théorisaient une forte probabilité pour que ces évènements émanent d’étoiles à neutrons à fort champ magnétique : les magnétars.

Il n’aura fallu que quelques jours pour qu’une nouvelle étude vienne déstabiliser cette hypothèse. Le 24 mai, Franz Kirsten annonce dans The Astrophysical Journal que l’un des sursauts radio détectés en 2020, FRB 20200120E, proviendrait d’un amas globulaire, complexifiant la théorie de Mannings et de ses collègues.

L’impulsion des magnétars

L’équipe d’Alexandra Mannings a pu identifier la source de cinq sursauts radio grâce des observations du télescope spatial Hubble. Ces FRB ont été captés par la Wide Field Camera 3 en ultraviolet et en infrarouge proche. Il est possible de retracer l’itinéraire d’un signal en analysant l’intensité du flux radio. Une expertise menée sur les différentes longueurs d’onde permet aux astronomes de déterminer quelle quantité et quelle type de matière a été traversée avant d’atteindre son point de captation. Selon la direction des ondes reçues, des logiciels astrométriques permettent de calculer avec exactitude le point de départ des émissions radio reçues. Les données ont permis de déterminer que les signaux prenaient source dans les bras de lointaines galaxies spirales et en bordure de certaines galaxies elliptiques.

L’origine des sursauts radio rapides a été identifiée en bordure de certaines galaxies spirales et elliptiques. © Nasa/ESA
L’origine des sursauts radio rapides a été identifiée en bordure de certaines galaxies spirales et elliptiques. © Nasa/ESA

« Le fait que des sursauts radio proviennent du bord des bras spiraux signifie qu’ils partent d’un milieu stellaire relativement jeune. Ce ne sont cependant pas les zones les plus lumineuses de la galaxie. Nous pouvons donc exclure qu’ils découlent de milieux stellaires extrêmement jeunes et densément peuplés », explique Wen-fai Fong (université de Northwestern à Chicago).

Ces mystérieux signaux seraient émis par des astres nommés magnétars. Il s’agit d’étoiles à neutrons, des astres massifs dont le cœur s’est effondré sur lui-même, mais dont la force magnétique est particulièrement intense. D’après les estimations, celle-ci équivaut à une puissance entre 500 et 1000 trillions de fois supérieure qu’un petit aimant que l’on peut trouver sur Terre.

Une vue d’artiste d’un magnétar, une étoile à neutrons au champ magnétique extrêmement intense. DR
Une vue d’artiste d’un magnétar, une étoile à neutrons au champ magnétique extrêmement intense. DR

Cette théorie s’est renforcée en 2020 lorsque la « traque » du point de départ d’un FRB s’est achevée sur le magnétar SGR 1935+2154, situé à 30000 années-lumière dans notre propre galaxie, la Voie lactée. C’est ce signal, plus faible que les précédents, qui a permis d’établir un début d’explication pour ces étranges sursauts.

FRB 20200120E, le trouble-fête

À cette théorie parfaitement viable s’oppose depuis le 24 mai une étude menée sur le signal FRB 20200120E, capté en 2020 par le radiotélescope CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Meter Experiment). Première originalité : le sursaut serait en fait multiple. L’émission radio s’est répétée plusieurs fois au lieu de s’effacer progressivement dans le cosmos. Seconde surprise : la source du FRB. Après plusieurs observations menées avec le réseau de radiotélescopes European Very Long Baseline Interferometry Network, le verdict tombe : FRB 20200120E serait issu d’un amas globulaire situé dans la galaxie M81.

Or, un amas globulaire est une zone très dense en astres. Ces ensembles composés de plusieurs centaines de milliers d’étoiles sont anciens. Leur création remonte à l’époque même de la formation des systèmes galactiques auxquels ils appartiennent. Et les amas globulaires, s’ils permettent l’observation de rares types d’étoiles, ne peuvent théoriquement pas abriter de magnétars, trop jeunes et massifs pour faire partie d’ensembles aussi âgés.

D’autres pistes sont explorées pour expliquer l’origine de ce signal répété, telles que la mort de géantes rouges et leur transformation en naines blanches, la création d’étoiles à neutrons ou encore la collision de ces deux derniers types d’astres. Dans le National Geographic, Claire Ye, chercheuse à l’université de Northwestern, appelle à étudier plus précisément d’autres objets célestes susceptibles de créer un sursaut radio rapide.

Une clé de compréhension de l’Univers

Disparition de trous noirs, collision d’étoiles, communications extraterrestres… Bon nombre de théories ont été éprouvées par les scientifiques pour résoudre l’énigme des FRB. « Bien sûr, il est possible qu’ils aient différentes origines, précise Wen-fai Fong. Mais outre leur origine, ces signaux sont importants dans la compréhension de l’Univers. Il y a quelques années, ce sont les sursauts radio rapides qui ont permis de résoudre le problème du “baryon manquant”. » Entre 2018 et 2019, six d’entre eux ont permis de trouver la solution de ce casse-tête ayant obnubilé les cosmologistes pendant près de 20 ans.

À l’heure actuelle, aucune origine ne peut être définie avec certitude concernant les FRB. Mais si ces signaux restent encore une énigme, nul doute qu’ils devraient servir à appréhender le fonctionnement de l’Univers, et faire le fruit de nombreuses observations afin d’en comprendre le mécanisme.

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