mardi 7 janvier 2020

2ème localisation d'une FRB répétitive : dans une galaxie spirale proche


Le mystère des FRB (Fast Radio Burst) s’épaissit encore un peu. Nous parlions la semaine dernière de la découverte d’une nouvelle FRB répétitive montrant des signaux très faibles. Aujourd’hui c’est une autre FRB, à la fois répétitive et localisée précisément qui vient d’être mise en évidence. FRB 180916 se situe dans une région d’une galaxie spirale qui semble tout à fait normale et calme. De plus cette galaxie est relativement proche de nous, ce qui devrait rendre FRB 180916 la source idéale pour cerner l’origine décidément incomprise de ces événements radio étonnants par leur brièveté et leur caractère répétitif, ou non… L’étude est parue dans Nature.



Il existe aujourd’hui quatre types de FRB : celles qui ne sont apparues qu’une seule fois et qui n’ont pas pu être localisées (la majorité), celles qui n’ont montré qu’un seul sursaut mais qui ont quand même pu être localisées (3 d’entre elles), celles qui étaient répétitives mais n’ont pas pu être (encore) localisées (10 d’entre elles) et enfin celles qui étaient répétitives et ont pu être localisées (2 spécimens, dont cette FRB 180916, la précédente étant la toute première répétitive et fameuse FRB 121102). FRB 180916 a été détectée initialement par la collaboration canadienne CHIME/FRB le 16 septembre 2018 et fait partie de leur catalogue grandissant de FRB répétitives. 
Benito Marcote (Joint Institute for VLBI ERIC) et ses collaborateurs ont exploité les 8 radiotélescopes du réseau à très longue base EVN (European VLBI Network) à la fréquence de 1,7 GHz. En le pointant vers la direction de cette FRB et le 19 juin 2019, ils ont détecté simultanément dans les 8 radiotélescopes quatre répétitions du sursaut radio transitoire en l’espace de cinq heures. Chaque sursaut n’a duré que moins de 2 ms. L’excellente résolution obtenue par la méthode interférométrique à très longue base (qui a montré toute sa puissance avec l’Event Horizon Telescope et l’imagerie d’un trou noir, fondé sur la même méthode), a permis à Marcote et ses collaborateurs de localiser la source radio sur une zone de seulement 7 années-lumière de large !
Connaissant la position précise de la FRB, les astrophysiciens ont ensuite utilisé l’un des plus grands télescopes terrestres, le Gemini North de 8 m situé à Hawaï pour voir l’environnement de la source radio. Résultat : il y a là une belle galaxie spirale dénommée SDSS J015800+654253 qui est située à une distance de 500 millions d’années-lumière « seulement ». FRB 180916 est ainsi le sursaut radio rapide le plus proche que nous connaissons aujourd’hui. La FRB se trouve à la périphérie de cette grosse galaxie (très similaire à la nôtre), dans une zone de formation d’étoiles qui montre d’ailleurs une structure un peu particulière en forme de V.

L’autre FRB répétitive qui avait été localisée précisément (FRB 121102) se trouvait dans une galaxie naine à proximité d’un trou noir supermassif. Ce n’est pas du tout le cas ici. Les astrophysiciens en viennent à la conclusion que les FRB répétitives sont peu influencées par le type de leur galaxie hôte ni par leur localisation au sein de leur galaxie. Par ailleurs, les différences entre FRB répétitives et non répétitives sont moins claires, d’après Marcote et ses collaborateurs.
Les propriétés des galaxies hôtes des FRB et leur environnement immédiat peut théoriquement mener sur la piste de l’origine de ce phénomène. La première FRB répétitive localisée se trouve dans une galaxie naine irrégulière à faible métallicité et les FRB apparemment non répétitives se trouvent plutôt dans des galaxies à plus grande métallicité, des galaxies elliptiques ou des galaxies formatrices d’étoiles. On pouvait donc penser que la répétabilité était liée à ces différences et qu’il s’agissait de deux populations distinctes aux origines différentes, mais FRB 180916 démonte complètement ce schéma.
Avec la caractérisation de cette nouvelle source, les arguments liant l’origine des FRB répétitives à des pulsars jeunes ou des magnétars engoncés dans un disque d’accrétion de trou noir supermassif s’en trouvent très affaiblis. Les chercheurs concluent également que les FRB peuvent délivrer une quantité d’énergie extrêmement variée d’un spécimen à l’autre : les 4 sursauts radio répétés de FRB 180916  étaient environ 10 fois moins intenses que le plus faible sursaut de FRB 121102 (qui était beaucoup plus éloignée), et même jusqu’à 10 000 à 1 000 000 de fois moins énergétique que les FRB 180924 (dont nous avons parlé la semaine dernière) et FRB 190523.

Grâce à sa proximité, la galaxie hôte de FRB 180916 va devenir une cible de choix pour tenter de trouver un signal continu quelconque en provenance de la zone de formation stellaire qui abrite le point source de ces sursauts radio. En attendant la localisation des 10 autres sources répétitives qui sont dans les tiroirs…


Source

A repeating fast radio burst source localized to a nearby spiral galaxy
B. Marcote et al.
Nature (06 January 2020)


Illustrations

1) Image par le Gemini North de la galaxie hôte de FRB 180916 (localisé par le rond vert) (Gemini Observatory/NSF’s Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory/AURA)

2) Zoom sur la galaxie et la localisation de la source (Marcote et al.)