mercredi 10 janvier 2018

Un grand pas vers la compréhension du phénomène FRB


Les Fast Radio Bursts (FRB), ces émissions radio ultra-rapides (et ultra-mystérieuses), viennent peut-être de fournir enfin la signature indiquant leur nature. Du moins pour ce qui concerne la FRB la plus célèbre, la seule qui s'est répétée plusieurs fois : FRB 121102.




Ce n'est pas sans raison que je vous ai abondamment parlé des bouffées d'ondes radio rapides depuis quelques années (voir , , , ici, là , ici, ici , et là ). Ces phénomènes transitoires font en effet partie des phénomènes astrophysiques les plus mal compris. Il s'agit de brusques bouffées de rayonnement dans le domaine radio, très courtes, quelques millisecondes à peine, et qui ne se répètent jamais. Ou presque. Car l'une d'entre elles, FRB 121102, qui est apparue le 2 novembre 2012, a pu être détectée à nouveau à de multiples reprises, ce qui a en outre permis de déterminer son origine très lointaine dans une galaxie distante (3 milliards d'années-lumière).
L'équipe à capturé 16 bouffées, ayant des durées s'étalant entre 9 et 30 microsecondes. Ces durées suggèrent que l'objet qui en est à l'origine pourrait avoir une taille de 10 km, soit la taille typique d'une étoile à neutrons. 
Ces nouvelles observations indiquent aussi que cette source radio atypique serait englobée dans une région où règne un champ magnétique gigantesque. Or de tels champs magnétiques n'ont été vu que autour d'étoiles à neutrons très jeunes, très rapides et très fortement magnétisées situées à proximité d'un trou noir supermassif (Sgr A* en l’occurrence), ce qu'on appelle des magnétars.
L'équipe de radioastronomes hollandais menée par Daniele Michilli (Netherlands Institute for Radio Astronomy, Amsterdam) a utilisé les radiotélescopes d'Arecibo et de Green Bank pour suivre dans le temps les émissions en provenance de la source de FRB 121102, et en en mesurant la polarisation
C'est l'information de la polarisation qui les a mis sur le chemin du champ magnétique. Quand des ondes radio polarisées traversent une région où existe un champ magnétique, les vecteurs de polarisation du champ électromagnétique se retrouvent modifiés par le phénomène de rotation de Faraday : on parle de torsion. Et l'effet de torsion est proportionnel à l'intensité du champ magnétique. Le taux de torsion des ondes radio venant de FRB 121102, d'après Daniele Michilli et ses collègues, est parmi les plus élevés jamais observés dans une source radio. Ils ont également observé que la torsion de la polarisation du champ électromagnétique pouvait varier de 10% en l'espace de 6 mois, ce qui conforte l'idée d'un objet compact.

Les astrophysiciens en déduisent dans leur étude qui est publiée aujourd'hui en Une de Nature, que les bouffées radio de FRB 121102 passent à travers un milieu ayant un champ magnétique exceptionnellement élevé, comme un plasma dense se déplaçant à vitesse rapide. Or les seules sources radio qui montrent une torsion si importante dans leur polarisation se situent vers le centre de notre galaxie, à proximité du trou noir supermassif susceptible d'accréter un disque de plasma. Il est donc fort probable selon les auteurs, que la source de FRB 121102 soit un magnétar situé à proximité du plasma entourant un trou noir supermassif. Une autre hypothèse est néanmoins également plausible, celle d'un magnétar qui serait englué dans la nébuleuse de résidus de la supernova qui lui a donné naissance.

La localisation de FRB 121102 date d'il y a environ 1 an. On avait alors appris que la source se trouvait dans une zone de formation d'étoiles d'une galaxie naine située à 3 milliards d'années-lumière. L'énergie dissipée par cette FRB en 1 milliseconde, vu la puissance reçue à la distance considérable à laquelle nous la détectons, est du même ordre que toute l'énergie libérée par le Soleil au cours de sa vie! 
Or ce type de galaxie est connue pour contenir de grandes quantités de gaz et pouvant former des étoiles particulièrement massives et à courte vie, qui explosent après quelques millions d'années en supernovas superlumineuses, laissant derrière elles soit des trous noirs stellaires, soit des pulsars, ou des magnétars.
Pour essayer de savoir maintenant quel est l'environnement exact de ce magnétar qui serait à l'origine de ces bouffées d'ondes radio, les radioastronomes poursuivent un suivi régulier de la région de FRB 121102, pour percevoir d'éventuelles évolutions. Si la décroissance de 10% tous les six mois qui a été aperçue se poursuit, l'hypothèse de la nébuleuse de vent de pulsar avec une coquille de débris en expansion serait confortée. Au contraire, si des oscillations disparates se poursuivent à une intensité à peu près constante, le scénario du passage d'un magnétar dans le plasma d'un trou noir supermassif serait privilégié.

Avec l'arrivée à la fin de l'année de nouveaux radiotélescopes, le nombre de FRB va exploser dans les années qui viennent, de quoi étudier de plus près les étoiles à neutrons extrêmes, si tant est que FRB 121102 est bien une FRB comme les autres.


Source

An extreme magneto-ionic environment associated with fast radio burst source FRB121102

D. Michilli, A. Seymour, J. W. T. Hessels, L. G. Spitler, V. Gajjar, A. M. Archibald, G. C. Bower, S. Chatterjee, J. M. Cordes, K. Gourdji, G. H. Heald, V. M. Kaspi, C. J. Law, C. Sobey, E. A. K. Adams, C. G. Bassa, S. Bogdanov, C. Brinkman, P. Demorest, F. Fernandez, G. Hellbourg, T. J. W. Lazio, R. S. Lynch, N. Maddox, B. Marcote, M. A. McLaughlin, Z. Paragi, S. M. Ransom, P. Scholz, A. P. V. Siemion, S. P. Tendulkar, P. Van Rooy, R. S. Wharton, D. Whitlow
Nature 553, 182–185 (11 January 2018)


Illustrations

1) Vue d'artiste du réseau européen de radiotélescopes EVN à la traque de FRB 121102 (Danielle Futselaar (www.artsource.nl))

2) La galaxie hôte de FRB 121102 imagée avec le télescope Gemini North (Gemini/AURA/NIST/NRC)

4 commentaires :

Pascal a dit…

Bonjour,

si j'ai bien compris, c'est la structure temporelle du FRB, inférieure à 30 microsecondes, qui permet de conclure à une source de la taille d'une EN (soit la distance parcourue à c en 30 µs).

Quel est le mécanisme invoqué pour le FRB dans l'hypothèse d'un magnétar ? Est-il dépendant du milieu fortement magnétisé dans lequel il serait immergé et dont témoigne la rotation Faraday ? Ce milieu est-il responsable du cactère original, répétitif, de 121102 ? Un magnétar isolé peut-il donner un FRB ?

Dr Eric SIMON a dit…

Je pense que 121102 est un peu différent des autres FRB. Par exemple 150807 montrait une très faible rotation de Faraday... L'émission radio démesurée d'une FRB viendrait d'éruptions magnétiques géantes produites dans le coeur d'une étoile à neutrons très jeune (qqs dizaines d'années seulement), donc avec un ejecta encore très proche. Un magnetar n'est jamais isolé mais toujours entouré du résidu de la SN qui lui a donné naissance. L'environnement de 121102 est certainement très particulier.

Alain Moreau a dit…

Bonjour Eric, juste pour vous signaler une coquille dans le texte ici :
"L'équipe à capturé 16 bouffées, ayant des durées s'étalant entre 9 et 30 millisecondes"
(on corrige spontanément d'un facteur 1000, mais bon ;-)
Toujours aussi agréable de vous lire, merci pour votre travail
Cordialement,
Alain MOREAU

Dr Eric SIMON a dit…

C'était pour voir si vous suiviez ;-)) Merci!