mercredi 9 janvier 2019

Une deuxième FRB répétitive enfin détectée


FRB121102 n'est plus unique! Une équipe d'astrophysiciens vient de détecter une deuxième FRB répétitive (Fast Radio Burst, bouffée rapide d'ondes radio). L'équipe canadienne qui exploite le radiotélescope CHIME en profite pour détecter 13 nouvelles FRB en un temps record, augmentant considérablement la population de ces bouffées radio à l'origine encore mystérieuse.



Parmi la petite cinquantaine de bouffées rapides d'ondes radio qui ont été détectées depuis la toute première en 2007, FRB121102, détectée le 2 novembre 2012 à Arecibo, était la seule jusqu'à aujourd'hui à avoir montré plusieurs bouffées successives à plusieurs heures ou jours d'écart. Toutes les autres FRB avaient été des événements transitoires uniques. Le fait que FRB121102 ait eu des émissions rapides répétées a permis de localiser la source avec une assez bonne précision, à défaut d'en comprendre l'origine : une galaxie naine située à quelques milliards d'années-lumière. Alors qu'ils ignorent encore l'origine exacte de ces signaux radio, même si ils ont quelques idées, les spécialistes en étaient venus à considérer que FRB121102 était peut-être un phénomène astrophysique différent des autres FRB. 

Cette fois-ci, c'est avec un tout nouveau radiotélescope que les astronomes ont réussi à détecter très vite pas moins de 13 nouvelles FRB et parmi celles-ci, FRB180814, détectée pour sa première bouffée le 14 août 2018 suivie de cinq autres quelques jours plus tard : le 6 septembre, puis le 11, le 17, et le 19 septembre et enfin le 28 octobre 2018. Le radiotélescope est appelé CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment), il est installé en Colombie Britannique dans les montagnes de l'Okanagan Valley et exploité par une cinquantaine de chercheurs de l'Université de Colombie Britannique, de l'Université McGill, de l'Université de Toronto, du Perimeter Institute for Theoretical Physics, et du National Research Council of Canada.
A peine le système de détection a-t-il été mis en fonctionnement à l'été 2018 pour une phase de test, dans une configuration pas encore optimale, que les 13 FRB différentes ont été détectées, en l'espace de seulement 3 semaines. 


Les bouffées rapides répétées de FRB180814 ont toutes pour origine la même position sur le ciel, avec la même mesure de dispersion dans le signal (l'évolution de la fréquence en cours du temps dans la durée de la bouffée (quelques millisecondes), cette mesure fournit une estimation de la distance parcourue par les photons depuis leur lieu de production. La distance qui en est déduite a pour valeur maximale 1,3 milliards d'années-lumière, soit environ deux fois plus près que FRB121102. 
En étudiant de très près la structure de chacune des six bouffées de FRB180814, les chercheurs observent des similitudes avec la structure temporelle et spectrale des bouffées de FRB121102. Cela suggère selon eux un mécanisme d'émission ou des effets de propagation communs.  Les FRB répétitives ne sont donc sans doute pas des phénomènes rares et on peut s'attendre à de nombreuses découvertes annoncées dans les mois qui viennent, de quoi mieux comprendre les processus physiques en jeu.

Avant le début de la prise de donnée de CHIME, les astronomes se demandaient si la plage de fréquences radio pour lesquelles le radiotélescope avait été conçu (entre 400 et 800 MHz) pouvait être trop basse pour capter des FRB. La plupart des premières FRB avaient en effet été détectées aux envions de 1500 MHz, avec une fréquence inférieure de 700 MHz. C'est tout le contraire que montrent les chercheurs de la collaboration CHIME : pour certaines de leurs 13 nouvelles FRB, le signal est d'autant plus fort que la fréquence est basse. Les astrophysiciens pensent donc maintenant qu'une grande population de FRB pourrait être trouvée à des fréquences inférieures à 400 MHz. 
Trouver des signaux à des fréquences aussi basses remet déjà en cause certains modèles qui avaient commencé à être bâtis pour cerner les FRB depuis une dizaine d'année. Certains modèles par exemple imposent l'existence d'une fréquence d'émission minimale, ceux-ci sont mal en point...
Le signal des 13 nouvelles FRB découvertes a le point commun de montrer des signes évidents de diffusion, ce qui révèle, d'après les chercheurs, que la source à l'origine de la bouffée doit forcément se trouver dans un environnement très spécial, avec beaucoup d'énergie, comme le résidu d'une supernova (pulsar ou magnétar) ou à proximité immédiate d'un trou noir au centre d'une galaxie. 

Cette découverte n'est que le sommet d'un iceberg, qui finira bien par être complètement cerné, ce n'est maintenant qu'une question de temps et de patience. Elle valait bien deux articles dans le même numéro de la plus prestigieuse revue scientifique. 


Sources

Observations of fast radio bursts at frequencies down to 400 megahertz,
CHIME FRB Collaboration
Nature, published online (9 Jan.  2019)

The source of a second repeating fast radio burst
CHIME FRB Collaboration
Nature, published online (9 Jan. 9 2019)


Illustrations

1) Le radiotélescope CHIME  (CHIME Collaboration/National Research Council of Canada)

2) Vue d'artiste d'un magnétar produisant une disruption de plasma, une origine possible des FRB (Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger)