mardi 26 octobre 2021

La piste du magnétar hyperactif s'éloigne pour le FRB proche FRB 20200120E


La découverte d'un sursaut radio rapide (FRB) provenant du magnétar SGR 1935+2154 le 28 avril 2020 a apporté un soutien observationnel fort à une connexion entre les FRB et les magnétars. Le sursaut radio brillant FRB 20200428A provenant de SGR 1935+2154 était accompagné de l'émission simultanée de rayons X durs dont les propriétés sont similaires à celles des éruptions d'autres magnétars galactiques. Une nouvelle étude vient de se pencher sur l'autre FRB qui est susceptible d'être détectable en rayons X vue sa relativement faible distance ((FRB 20200120E)), avec la recherche de signal dans 18 ans d'archives... En vain! L'étude est publiée en open access dans The Astrophysical Journal Letters.

Le rapport entre les fluences radio et X du sursaut de SGR 1935+2154 du 28 avril 2020 était de 30000. D'autre part, l'absence de sursaut radio associé à l'éruption géante du 27 décembre 2004 d'un autre magnétar (SGR 1806-20), indique que le rapport entre la fluence radio et la fluence X dans les sursauts de magnétar peut couvrir une large gamme de valeurs. Les recherches de contreparties X des FRB qui sont menées depuis 2017 sans succès, ont reçu un regain d'intérêt après les résultats de SGR 1935+2154. Mais les distances extragalactiques des FRB entraînent des flux beaucoup plus faibles que ceux des magnétars galactiques (SGR 1935+2154 a une distance de seulement 4.4 kpc). Jusqu'à présent, seules des limites supérieures ont été rapportées pour leur émission en rayons X.

Le FRB répétitif FRB 20200120E a été découvert le 20 janvier 2020 dans un amas globulaire de la galaxie spirale M81. Avec une distance de seulement 3,6 Mpc, FRB 20200120E est de loin le FRB extragalactique la plus proche. Compte tenu de sa nature répétitive, il s'agit d'une cible très intéressante pour les observations multi-longueurs d'onde. Ces observations permettent d'exploiter des luminosités ∼2000 fois inférieures aux limites qui sont obtenues pour FRB 20180916B, un autre FRB répétitif assez proche (d ∼ 150 Mpc). 

Sandro Mereghetti (Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica) et ses collaborateurs ont donc cherché des signes d'une activité en rayons X durs qui auraient pu avoir été enregistrés par le télescope spatial INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) entre novembre 2003 et septembre 2021. Sur ces 18 ans, INTEGRAL a en effet passé une durée totale de 5000 heures sur les environs de la galaxie M81, ce qui fait 208 jours au total.

Après analyse de toutes ces archives, Mereghetti et son équipe ne trouvent aucun candidat correspondant à un sursaut de rayons X jusqu'à une fluence de 10-8 erg.cm-2 pour une énergie comprise entre 20 et 200 keV. A partir de cette non-détection, les chercheurs déterminent la limite correspondante de ce que serait la luminosité isotrope pour un sursaut de durée Δt. Elle vaut 1045 erg.s-1 pour Δt=10 ms. Il s'agit de la limite la plus basse obtenue pour un FRB extragalactique dans le domaine des rayons X durs. Rappelons que la luminosité isotrope de SGR 1935+2154 en rayons X le 28 octobre 2020 était d'environ 1041 erg.s-1. Armés de cette nouvelle limite observationnelle, les astrophysiciens européens en arrivent à exclure la présence d'émission venant d'éruptions géantes pendant les périodes au cours desquelles FRB 20200120E se trouvait dans le champ de vue de INTEGRAL  Ce résultat conforte selon eux l'idée que FRB 20200120E qui a été localisé dans M81 n'est pas un jeune magnétar hyperactif, comme le suggèrent également sa plus faible luminosité et sa localisation dans un amas globulaire. De tels magnétars devraient en effet produire des éruptions X plus puissantes que la limite déterminée, et à un taux supérieur à 0,1 par an, ce qui aurait dû mener à une détection sur la longue plage d'observation investiguée dans les données d'INTEGRAL

Même si FRB 20200120E n'est peut-être pas représentatif de la majeure partie de la population des FRB, il reste une cible très intéressante pour de futures campagnes à multi-longueurs d'onde. Des observations coordonnées de cette source en radio et à haute énergie, ainsi que d'autres FRBs associés à des galaxies proches (comme par exemple FRB 20181030A) pourront sans doute un jour prochain mener à la nature exacte de l'objet qui est en cause dans ces émissions.

Source

INTEGRAL Limits on Past High-energy Activity from FRB 20200120E in M81
S. Mereghetti, M. Topinka, M. Rigoselli, and D. Götz
The Astrophysical Journal Letters, Volume 921, Number 1 (26 october 2021)


Illustrations

1. La galaxie M81 qui abrite FRB 20200120E dans un de ces amas globulaires (Subaru Telescope (NAOJ), Hubble Space Telescope)

2. Vue d'artiste du télescope INTEGRAL (ESA)

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