Ce n'est pas donné à tout le monde de trouver des objets totalement nouveaux dont on n'arrive pas à comprendre la nature. C'est ce qui est arrivé à une équipe internationale à majorité australienne en étudiant le ciel en ondes radio. Ils observent quatre objets de forme circulaire assez étendus, qui ne ressemblent à rien de connu, ils les ont appelé des ORC (Odd Radio Circles, cercles radio bizarres). Une étude publiée dans Publications of the Astronomical Society of Australia.
La détection d'une source radio étrange en provenance de la galaxie M81 vient d'être rapportée. Datant du 2 janvier 2015, cette découverte obtenue avec le Karl Jansky Very Large Array, est restée visible pendant 2 mois avec une luminosité constante, avant de disparaître. Les astrophysiciens ont beaucoup de mal à comprendre son origine.
Une association de trois réseaux de radiotélescopes parmi les plus performants du monde a permis de déterminer la vitesse du jet relativiste émanent du résidu de la fusion de deux étoiles à neutrons observée en 2017 et répertorié GW170817. La vitesse apparente atteint 4 fois la vitesse de la lumière, une illusion supraluminique due à la vitesse ultra-relativiste du jet qui se trouve légèrement désaxé par rapport à la ligne de visée.
Les scientifiques chinois viennent de mettre en service FAST, leur radiotélescope de 500 m de diamètre, le plus grand radiotélescope du monde. Le but est d’ouvrir une nouvelle ère dans la radioastronomie, mais FAST est aussi un instrument fragile par sa structure très complexe.
Il y a tout juste une semaine je vous parlais d'une observation exceptionnelle d'une FRB, une bouffée rapide d'ondes radio pour la première fois localisée en distance. Les FRB font encore parler d'elles cette semaine, mais pour une autre raison : une équipe vient de trouver qu'elles peuvent se répéter de nombreuses fois, pour un même astre...
Cette nouvelle observation bouleverse complètement l'image que les astrophysiciens avaient commencé à ce faire au sujet de ces bouffées d'ondes radio. En effet, le fait qu'elles semblaient être des phénomènes uniques, non répétables, a mené les astrophysiciens à penser que leur origine devait être un processus cataclysmique comme la fusion de deux étoiles à neutrons ou encore l'effondrement d'une "grosse" étoile à neutron. Mais cette FRB nommée FRB 121102 découverte en novembre 2012 avec le radiotélescope de 305 m de Arecibo, est réapparue 10 fois de suite après sa première apparition en novembre 2012! Les astrophysiciens sont sûrs que ces 11 bouffées rapides d'ondes radio proviennent bien du même objet astrophysique par l'observation de sa dispersion spectrale, indiquant une distance similaire.
Les 11 bouffées de FRB 121102 (diagrammes temps-fréquence)
(L. Spitler et al., Nature)
Le fait que de telles bouffées peuvent se répéter montre que le phénomène qui en est à l'origine n'est pas destructif pour l'objet en cause. Il ne peut pas s'agir dans le cas de FRB 121102 d'une fusion de deux étoiles à neutron.
Mais les chercheurs, qui publient leur découverte dans la revue Nature, penchent tout de même pour une origine du type jeune étoile à neutron fortement magnétisée, qu'on appelle aussi un magnétar.
La répartition temporelle des bouffées est un peu particulière, car la première, celle qui a donné son nom à la FRB a eu lieu le 2 novembre 2012, puis les deux suivantes sont apparues le même jour le 17 mai 2015 et enfin les 8 dernières se sont toutes succédées à nouveau au cours d'une même journée, le 2 juin 2015, séparées entre quelques dizaines de secondes et près de 10 minutes.
Parmi les hypothèses possibles imaginées par l'astronome américaine Laura Spitler (Max-Planck-Institut für Radioastronomie) et ses collaborateurs, on trouve une éruption géante à la surface d'un magnétar qui pourrait produire de telles émissions, mais cette piste reste peu probable du fait qu'aucun magnétar proche n'a été observé en train de produire plus d'une éruption géante en quarante ans de suivi. Une autre piste un peu plus sérieuse proposée par les chercheurs serait un pulse radio "géant" d'un pulsar extragalactique. Mais la distance de cette bouffée rapide d'ondes radio n'étant pas connue, l'interprétation reste délicate.
Presque toutes les autres FRB connues sont suivies de manière assez régulière, notamment avec le radiotélescope australien Parkes, et elles n'ont jamais montré de répétitions. Les chercheurs se demandent donc si FRB 121102 est représentative de toutes les FRB ou non, ils remarquent quand même que le radiotélescope Parkes avait une sensibilité qui lui aurait permis de détecter seulement 2 des 11 bouffées de FRB121102, les deux plus intenses. Un suivi plus sensible pourrait ainsi dévoiler peut-être de bien plus nombreuses FRB répétitives...
Mais Laura Spitler et son équipe concluent leur article en évoquant l'idée que FRB121102 est peut-être simplement complètement différente des autres FRB et pourrait impliquer un tout autre phénomène. L'avenir nous le dira certainement.
Pour
la première fois depuis leur découverte en 2007, la distance d’une bouffée
rapide d’ondes radio (ou FRB, Fast Radio
Burst), a enfin pu être déterminée, ouvrant de riches perspectives.
Les
FRB sont des très brèves bouffées de rayonnement dans le domaine des ondes
radio. Elles ne durent généralement que quelques millisecondes. Les 17 FRB qui
ont été découvertes depuis une dizaine d’année se répartissent uniformément
dans le ciel. Leur origine est aujourd’hui totalement inconnue et on peut dire
que le nombre d’idées émises pour expliquer ce phénomène dépasse le nombre de
FRB connues...
Les
astrophysiciens dirigés par Evan Keane (Jodrell Bank Observatoy, université de
Manchester) qui publient leur observation dans la revue Nature cette semaine ont étudié le signal radio d’une FRB apparue
le 18 avril 2015 (et donc appelée FRB 150418), grâce à l’utilisation du
radiotélescope australien Parkes dans le programme SUPERB (SUrvey for Pulsars and Extragalactic Radio Bursts).
A gauche : détails de la galaxie elliptique en zooms successifs, où a été trouvée la bouffée rapide radio FRB 150418,
à droite : pic radio détecté par le télescope Parkes (David Kaplan/Etan Keane)
La bouffée en elle-même n’a duré que 0,8
millisecondes, mais elle a été suivie étrangement par une émission radio
évanescente durant quelques jours, qui d’après les chercheurs est liée à la FRB
avec une probabilité de 99,8%. Cette émission successive a alors pu être suivie
par l’un des nombreux radiotélescopes qui avaient été prévenus de l’apparition
de la FRB, le ATCA (Australia Telescope Compact
Array). Une
fois la source radio localisée et son décalage spectral mesuré, d’autres
télescopes observant dans le domaine visible ont été pointés dans cette
direction un peu plus tard, notamment le télescope Subaru au Mauna Kea à Hawaï.
Ils ont trouvé à cet endroit une galaxie elliptique dont la distance a été à
nouveau mesurée par le décalage spectral de sa lumière. Les chercheurs trouvent
une distance de 1,9 milliards de parsecs, soit 6,2 milliards d’années-lumière.
C’est la première FRB parmi les 17 connues à ce jour dont nous connaissons la
distance. Le fait de connaître sa distance va permettre d’un peu mieux
comprendre l’origine de ces mystérieuses bouffées rapides d’ondes radio. Tant
qu’on ne connait pas la distance d’une telle source de rayonnement, on ne peut par
exemple pas savoir quelle quantité d’énergie a été émise. Parmi les hypothèses imaginées
pour expliquer ces FRB, les astrophysiciens ont proposé des événements de
fusion d’étoiles à neutrons ou encore d’évaporation de micro trous noirs…
Le radiotélescope australien Parkes (CSIRO)
Dès
la découverte de la première FRB rapportée en 2007 mais qui datait de 2001 (FRB
010724), une dispersion avait était observée dans le signal : le temps
d’arrivée dépendait de la fréquence de l’onde électromagnétique : les
hautes fréquences arrivaient très légèrement plus tôt au sein de la bouffée que
les basses fréquences. Cet effet de dispersion vient de l’absorption de l’onde
électromagnétique par la matière intergalactique rencontrée au cours du trajet
depuis la source jusqu’à nos radiotélescopes. L’étude de la dispersion
spectrale permet alors aux chercheurs d’estimer la quantité de matière
rencontrée sur la distance parcourue par la bouffée de rayonnement. On voit que
la connaissance précise de la distance nous séparant de la source revêt un
caractère crucial ici pour évaluer une densité de matière.
Avec
l’étude de la dispersion de FRB 150418 et connaissant sa distance, les
chercheurs ont pu établir précisément la densité d’électrons rencontrés par les
photons au cours de ce voyage de plus de 6 milliards d’années. Cette bouffée
rapide d’ondes radio devient ainsi une sonde cosmologique qui permet de mesurer
la quantité de matière baryonique présente dans l’Univers à grande échelle (la
matière ordinaire, hors matière sombre). Or un des problèmes actuels rencontrés
en astrophysique est le problème dit des « baryons manquants » :
une proportion importante de la matière baryonique (plusieurs dizaines de
pourcents) qui doit être présente n’est toujours pas bien identifiée, semant le
doute sur le modèle cosmologique. Les astrophysiciens estiment qu’elle réside
sous la forme de gaz chaud au sein des amas de galaxie et dans de larges
filaments reliant les amas de galaxies. Or la valeur déduite grâce au signal de
FRB 150418 indique que la matière baryonique sous forme ionisée est bien là
dans les bonnes proportions (celles du modèle standard de la cosmologie), pour
le volume d’Univers considéré.
Les radiotélescopes ATCA (CSIRO)
La
connaissance de la distance permet aussi à Keane et ses collaborateurs
d’estimer l’énergie et la puissance émises au cours de cette bouffée rapide
d’ondes radios. L’énergie émise vaut 8.1031 Joules, une énergie
équivalente à ce que produit le Soleil durant 2 jours, mais ici en moins d’une
milliseconde ! La puissance (l’énergie par unité de temps) correspondante
vaut 1035 Watts (environ un milliard de fois celle du Soleil).
Cette
propriété énergétique de FRB 150418, associée à l’existence de la source radio
rémanente ainsi que son origine dans une galaxie elliptique, un type de
galaxies peuplées de vieilles étoiles plutôt que de jeunes, amènent Keane et ses collègues à penser que son origine
serait bien la coalescence de deux objets compacts, notamment un couple
d’étoiles à neutron.
De
telles fusions d’étoiles à neutrons sont théoriquement détectables par leurs
ondes gravitationnelles avec LIGO ou VIRGO mais FRB 150418 aurait été
inaccessible pour LIGO car étant trop lointaine. D’autres FRB plus proches et détectées précocement en radio pourraient
permettre de valider (ou invalider) l’hypothèse de la coalescence d’étoiles à
neutrons, grâce à l’association de la détection d’ondes gravitationnelles en
coïncidence. La détection des FRB devrait en effet bientôt faire un bond en
avant avec l’arrivée attendue en Chine du radiotélescope Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope de 500 m de
diamètre.
Une équipe d'astronomes anglais et australiens vient de détecter pour la première fois une population de bouffées d'ondes radios très particulières. Ces dernière sont ultracourtes et leurs propriétés laissent penser qu'elles proviennent de bien au-delà de la Galaxie.
Ces mystérieuses bouffées d'ondes radio ne durent que quelques millièmes de secondes et se répètent environ toutes les 10 secondes. Il s'agit d'un phénomène jusqu'alors inconnu.
Alors que des sources radio qui varient sur des durées de l'ordre de jours ou de mois ont été enregistrées depuis plusieurs dizaines d'années en provenance de galaxies lointaines, de tels signaux ultra courts extragalactiques n'avaient encore jamais été détectés.
Le radiotélescope Parkes (CSIRO)
C'est en 2007 que l'équipe s'est intéressée de près à ce type de sources après qu'un tel signal avait été suggéré en 2007 à partir d'observations faites en 2001 mais restées très controversées (le dénommé "Lorimer burst"). Dan Thornton et ses collègues ont utilisé les données archivées du radiotélescope australien de 64 m Parkes, celui-là même qui avait donné des indices pour un tel signal en 2001. Et l'équipe de Thornton en a trouvé pas moins de quatre. Ces signaux montrent une évolution temporelle très caractéristique : leur fréquence décroit presque linéairement en fonction du temps.
Les ondes radios durant leur parcours dans l'espace sont diffusées et dispersées par la matière ionisée qu'elles rencontrent, surtout par les électrons. Ce sont les basses fréquences qui sont le plus affectées et moins les hautes fréquences.
Les quatre signaux trouvés, situés dans différentes régions du ciel, sont tellement dispersés que la quantité d'électrons de la galaxie qui se trouvent sur le chemin ne peuvent causer que 6% de cette dispersion... Ces signaux radio viennent donc de bien plus loin.
Grâce aux modèles du contenu en électrons du milieu intergalactique, les astronomes parviennent à estimer la distance parcourue par ces bouffées d'ondes radio : entre 5,5 et 10 milliards d'années lumière.
Intensité du signal en fonction de la fréquence (en y) et du temps (en x).
Ensuite, la grande brièveté et l'intensité des bouffées indiquent que l'on a affaire à de petits objets très énergétiques. Les astrophysiciens pensent qu'ils pourrait s'agir de magnétars (des pulsars avec un champ magnétique très intense), mais rien n'est certain à ce stade, puisque aucune contrepartie optique n'a été observée. C'est aujourd'hui un but des astronomes de Parkes que d'observer en "direct" de telles bouffées radio, de manière à pointer dans la foulée des télescopes optiques pour en savoir plus sur ce qui se passe...
Observer une contrepartie optique pourra permettre de connaitre assez précisément la distance de ces objets. Et connaissant la distance précise, la mesure de la dispersion des signaux radio pourra mener au calcul de la quantité d'électrons qui se situent sur le trajet intergalactique.
La connaissance de l'abondance des électrons n'est pas anodine : elle permet de connaître par déduction le nombre de baryons (protons et neutrons). Or il se trouve que le nombre de baryons dans les galaxies est toujours un sujet chaud, puisqu'une grande partie des baryons (la moitié!) qui ont du se former dans l'Univers primordial sont aujourd'hui aux abonnés absents, on ne sait pas où ils se trouvent...
Cette découverte importante d'une nouvelle classe de bouffées d'émissions radio, publiée aujourd'hui dans Science, pourrait ainsi fournir un outil très puissant aux astrophysiciens.
Référence :
A Population of Fast Radio Bursts at Cosmological Distances
