Scientists pin down the origins of a fast radio burst
Des scientifiques identifient les origines d'un sursaut radio rapide
par Massachusetts Institute of Technology
Crédit : Unsplash/CC0 Public Domain
Les sursauts radio rapides sont des explosions brèves et brillantes d'ondes radio émises par des objets extrêmement compacts tels que des étoiles à neutrons et peut-être des trous noirs. Ces feux d'artifice fugaces ne durent qu'un millième de seconde et peuvent transporter une énorme quantité d'énergie, suffisamment pour éclipser brièvement des galaxies entières.
Depuis la découverte du premier sursaut radio rapide (FRB) en 2007, les astronomes ont détecté des milliers de FRB, dont les emplacements s'étendent de l'intérieur de notre propre galaxie jusqu'à 8 milliards d'années-lumière. La manière exacte dont ces éruptions radio cosmiques sont lancées est une inconnue très controversée.
De nos jours, les astronomes du MIT ont identifié les origines d'au moins un sursaut radio rapide en utilisant une nouvelle technique qui pourrait faire la même chose pour d'autres FRB. Dans leur nouvelle étude, publiée dans la revue Nature, l'équipe s'est concentrée sur FRB 20221022A, un sursaut radio rapide découvert précédemment et détecté dans une galaxie située à environ 200 millions d'années-lumière.
L'équipe a approfondi ses recherches pour déterminer l'emplacement précis du signal radio en analysant sa « scintillation », semblable à la façon dont les étoiles scintillent dans le ciel nocturne. Les scientifiques ont étudié les changements de luminosité du FRB et ont déterminé que le sursaut devait provenir du voisinage immédiat de sa source, plutôt que de beaucoup plus loin, comme le prédisaient certains modèles.
L'équipe estime que FRB 20221022A a explosé dans une région extrêmement proche d'une étoile à neutrons en rotation, à 10 000 kilomètres au plus. C'est moins que la distance entre New York et Singapour. À une distance aussi proche, le sursaut a probablement émergé de la magnétosphère de l'étoile à neutrons, une région hautement magnétique entourant immédiatement l'étoile ultracompacte.
Les résultats de l'équipe fournissent la première preuve concluante qu'un sursaut radio rapide peut provenir de la magnétosphère, l'environnement hautement magnétique qui entoure immédiatement un objet extrêmement compact.
« Dans ces environnements d'étoiles à neutrons, les champs magnétiques sont vraiment à la limite de ce que l'univers peut produire », explique l'auteur principal Kenzie Nimmo, postdoctorant à l'Institut Kavli pour l'astrophysique et la recherche spatiale du MIT. « Il y a eu beaucoup de débats pour savoir si cette émission radio brillante pourrait même s'échapper de ce plasma extrême. »
« Autour de ces étoiles à neutrons hautement magnétiques, également appelées magnétars, les atomes ne peuvent pas exister : ils seraient simplement déchirés par les champs magnétiques », explique Kiyoshi Masui, professeur associé de physique au MIT.
« Ce qui est passionnant ici, c'est que nous découvrons que l'énergie stockée dans ces champs magnétiques, à proximité de la source, se tord et se reconfigure de telle sorte qu'elle peut être libérée sous forme d'ondes radio que nous pouvons voir à l'autre bout de l'univers. »
Les coauteurs de l'étude au MIT sont Adam Lanman, Shion Andrew, Daniele Michilli et Kaitlyn Shin, ainsi que des collaborateurs de plusieurs institutions.
Taille de l'explosion
Les détections de sursauts radio rapides se sont multipliées ces dernières années, grâce à l'expérience canadienne de cartographie de l'intensité de l'hydrogène (CHIME). Le réseau de radiotélescopes comprend quatre grands récepteurs fixes, chacun en forme de demi-tuyau, qui sont réglés pour détecter les émissions radio dans une plage très sensible aux sursauts radio rapides.
Depuis 2020, CHIME a détecté des milliers de FRB de tout l'univers. Si les scientifiques s'accordent généralement à dire que les sursauts proviennent d'objets extrêmement compacts, la physique exacte à l'origine des FRB n'est pas claire.
Certains modèles prédisent que les sursauts radio rapides devraient provenir de la magnétosphère turbulente entourant immédiatement un objet compact, tandis que d'autres prédisent que les sursauts devraient provenir de beaucoup plus loin, dans le cadre d'une onde de choc qui se propage loin de l'objet central.
Pour faire la distinction entre les deux scénarios et déterminer où les sursauts radio rapides se produisent, l'équipe a étudié la scintillation, l'effet qui se produit lorsque la lumière d'une petite source brillante comme une étoile filtre à travers un milieu, comme le gaz d'une galaxie.
Lorsque la lumière de l'étoile filtre à travers le gaz, elle se courbe de telle manière qu'elle donne l'impression, pour un observateur distant, que l'étoile scintille. Plus un objet est petit ou éloigné, plus il scintille. La lumière provenant d'objets plus grands ou plus proches, comme les planètes de notre propre système solaire, subit moins de courbure et ne semble donc pas scintiller.
L'équipe a estimé que s'ils pouvaient estimer le degré de scintillement d'un FRB, ils pourraient déterminer la taille relative de la région d'où provient le FRB. Plus la région est petite, plus le sursaut est proche de sa source et plus il est probable qu'il provienne d'un environnement magnétiquement turbulent. Plus la région est grande, plus le sursaut est éloigné, ce qui étaye l'idée selon laquelle les FRB proviennent d'ondes de choc lointaines.
Motif de scintillement
Pour tester leur idée, les chercheurs se sont penchés sur FRB 20221022A, un sursaut radio rapide détecté par CHIME en 2022. Le signal dure environ deux millisecondes et est un FRB relativement courant en termes de luminosité.
Cependant, les collaborateurs de l'équipe à l'Université McGill ont découvert que FRB 20221022A présentait une propriété remarquable. La lumière du sursaut était fortement polarisée, l'angle de polarisation traçant une courbe lisse en forme de S. Ce motif est interprété comme une preuve que le site d'émission du FRB est en rotation, une caractéristique déjà observée chez les pulsars, qui sont des étoiles à neutrons en rotation hautement magnétisées.
Observer une polarisation similaire dans les sursauts radio rapides était une première, ce qui suggère que le signal pourrait provenir du voisinage proche d'une étoile à neutrons. Les résultats de l'équipe de McGill sont présentés dans un article complémentaire dans Nature.
L'équipe du MIT a réalisé que si le FRB 20221022A provenait d'une étoile à neutrons, ils devraient pouvoir le prouver en utilisant la scintillation.
Dans leur nouvelle étude, Nimmo et ses collègues ont analysé les données de CHIME et observé de fortes variations de luminosité qui signalaient une scintillation, autrement dit, un scintillement du FRB. Ils ont confirmé qu'il y avait du gaz quelque part entre le télescope et le FRB qui courbe et filtre les ondes radio.
L'équipe a ensuite déterminé où ce gaz pouvait être situé, confirmant que le gaz de la galaxie hôte du FRB était responsable d'une partie de la scintillation observée. Ce gaz a agi comme une lentille naturelle, permettant aux chercheurs de zoomer sur le site du FRB et de déterminer que l'explosion provenait d'une région extrêmement petite, estimée à environ 10 000 kilomètres de large.
« Cela signifie que le FRB se trouve probablement à des centaines de milliers de kilomètres de la source », explique Nimmo. « C'est très proche. À titre de comparaison, nous nous attendrions à ce que le signal soit à plus de dizaines de millions de kilomètres de distance s'il provenait d'une onde de choc, et nous ne verrions aucune scintillation du tout. »
« Zoomer sur une région de 10 000 kilomètres, à une distance de 200 millions d'années-lumière, c'est comme pouvoir mesurer la largeur d'une hélice d'ADN, qui mesure environ 2 nanomètres de large, à la surface de la lune », explique Masui. « Il y a une gamme étonnante d'échelles impliquées. »
Les résultats de l'équipe, combinés à ceux de l'équipe de McGill, excluent la possibilité que FRB 20221022A ait émergé de la périphérie d'un objet compact. Au lieu de cela, les études prouvent pour la première fois que des sursauts radio rapides peuvent provenir de très près d'une étoile à neutrons, dans des environnements magnétiques très chaotiques.
« Ces sursauts se produisent toujours, et CHIME en détecte plusieurs par jour », explique Masui. « Il peut y avoir une grande diversité dans la manière dont ils se produisent et dans l'endroit où ils se produisent, et cette technique de scintillation sera vraiment utile pour aider à démêler les différentes physiques qui
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COMMENTAIRES
Dés quun titre de signal radio arrive de l espace certain lecteur se met a esperer le signal d une autre civilisation intelligente et qui nous envoie ses signaux en Morse !!!!
F aut il que lui rappelle que Proxima du Centaure est à 2,246 années lumière
Eh bien oui ! Malgré tout
des astronomes à la recherche de signes de vie extraterrestres ont détecté un étrange signal radio. Encore inexpliqué, celui-ci semble provenir des environs de l'étoile la plus proche du Soleil, Proxima Centauri, une naine rouge située à environ 4,2 années-lumière de la Terre.
Quoi qu il en soit il s agit ici de quelque chose de différent :les sursauts radio rapides sont des explosions brèves et brillantes d'ondes radio émises par des objets extrêmement compacts tels que des étoiles à neutrons et peut-être des trous noirs. Ces feux d'artifice fugaces ne durent qu'un millième de seconde et peuvent transporter une énorme quantité d'énergie, suffisamment pour éclipser brièvement des galaxies entières.
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More information: Magnetospheric origin of a fast radio burst constrained using scintillation, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08297-w
A pulsar-like polarisation angle swing from a nearby fast radio burst, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08184-4
Journal information: Nature
Provided by Massachusetts Institute of Technology
This story is republished courtesy of MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), a popular site that covers news about MIT research, innovation and teaching.
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