dimanche 29 décembre 2019

Détection de nouveaux sursauts radio rapides répétés dans une FRB


En novembre dernier, la collaboration Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) publiait la découverte de 8 sources de sursauts radio rapides répétitifs, dont une montrant 10 répétitions, une autre 3 et les six autres deux répétitions. Ces nouvelles sources de sursauts radio venaient s'ajouter aux deux connues auparavant : FRB 121102 et FRB 180814. Aujourd'hui c'est l'équipe du découvreur des FRB (Fast Radio Burst) en 2007, Duncan Lorimer, qui publie la découverte de deux très faibles sursauts radio répétés dans une FRB de 2017, FRB 171019, à lire dans The Astrophysical Journal Letters.



Cette source radio rapide avait été découverte le 19 octobre 2017 avec le réseau australien ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder). Elle était l'un des sursauts radio les plus brillants détectés par le réseau ASKAP. Mais les chercheurs australiens ont continué leur suivi après la fin de leur campagne ASKAP en février 2018, de manière discontinue en utilisant d'autres radiotélescopes comme le Green Bank Telescope de 100 m en Virgine Occidentale (le GBT) et le télescope australien Parkes de 64 m. Les chercheurs ont scruté le ciel avec ASKAP, Parkes et le GBT en tout durant 1000 heures cumulées pendant deux ans, dans la plage de fréquences entre 720 MHz et 2000 MHz. 
Et le 20 juillet 2018, c'est Green Bank qui a détecté un nouveau signal très faible au même endroit que FRB 171019, dont la forme spectrale indiquait que ça ne pouvait être que la même chose. Puis le 9 juin 2019, nouveau signal détecté par le GBT, exactement du même type.
Pravir Kumar et ses collaborateurs décrivent les caractéristiques des trois sursauts associés à FRB 171019, le premier très intense détecté à 1,3 GHz puis les deux répétitions 590 fois plus faibles qui ont été détectées à une fréquence centrée à 820 MHz. Le burst initial de 2017 a duré 5 ms tandis que les deux suivants avaient une largeur temporelle d'environ 4,5 ms. La très forte variation d'intensité entre le premier sursaut et les suivants est 3 fois plus élevée que ce qui avait pu être observé sur la première FRB répétitive, FRB 121102, et 10 fois plus élevée que ce montraient les 9 autres FRB répétitives (pour des plages de fréquences similaires). 
Cette caractéristique est remarquable selon Kumar et ses collaborateurs. Cela signifie que les FRB, à l'instar des pulsars ou des magnétars, peuvent produire des pulses avec des luminosités très variables, jusqu'à un facteur 1000 de différence. Les chercheurs estiment que les modèles d'émission expliquant les FRB devront nécessairement prendre en compte cette nouvelle donnée.

FRB 171019 avec sa très forte variation d'intensité entre sursauts pose des questions aux astrophysiciens, mais ils pensent que cette source pourrait aussi être différente des autres FRB répétitives. En effet, les sursauts radio répétitifs détectés par les canadiens de la collaboration  CHIME/FRB en novembre dernier avaient tous plusieurs points communs que FRB 171019 ne partage pas : une variabilité spectrale et des sous-structures à la fois dans leur spectre dynamique et dans leur profil de pulse. D'autre part, l'intensité des sursauts radio répétés de FRB 171019 est plus faible quand la fréquence augmente, ce qui n'est pas le cas dans la plupart des sursauts répétés de FRB 121102 où, à l'inverse, les sursauts étaient plus intenses pour les hautes fréquences... 

Les chercheurs notent cependant que les FRB détectés par ASKAP forment un échantillon différent, plus brillants, que ceux détectés par CHIME/FRB et que FRB 121102. Et la galaxie hôte de la rare FRB localisée dans l'échantillon de ASKAP (FRB 180924) se trouvait aussi très différente de la galaxie hôte de FRB 121102, respectivement une galaxie massive de 10 milliards de masses solaires et une galaxie naine de 100 millions de masses solaires.
Il va donc être extrêmement intéressant maintenant de connaître quel est l'environnement de cette nouvelle FRB répétitive, pour savoir si les FRB sont influencées ou non par le type de galaxie où elles apparaissent et in fine pour comprendre le ou les mécanismes qui produisent ces émissions très rapides et répétitives d'ondes radio. 
Au moment où cet article des astrophysiciens australiens et américains était en cours de rédaction, les canadiens exploitant le radiotélescope CHIME qui scanne la région de FRB 171019 durant 4 minutes chaque jour, annonçaient la détection le 5 août 2019 d'un nouveau sursaut radio provenant de FRB 171019 avec une intensité 10 fois plus élevée... (étude non encore publiée).

On connaît donc aujourd'hui 11 FRB répétitives pour une centaine de FRB découvertes depuis 12 ans. La détection de nouveaux sursauts émanant de FRB 171019, et leur localisation précise pour en déterminer la galaxie hôte, vont être une clé de compréhension de ces FRB répétitives, et sans doute de toutes les autres. 


Sources

Faint Repetitions from a Bright Fast Radio Burst Source
Pravir Kumar et al.
The Astrophysical Journal Letters, Volume 887 (17 december 2019)

CHIME/FRB Detection of a Repeat Burst from ASKAP-Discovered FRB 171019
C. Patel on behalf of the CHIME/FRB Collaboration
ATel #13013; 9 Aug 2019


Illustrations

1) Le Green Bank Telescope (West Virginia University )

2) Spectres dynamiques des deux signaux répétés de FRB 171019 (GBT 1 et 2) comparés au signal initial (ASKAP) (fréquence en fonction du temps) (Kumar et al.)