Des astronomes sont enfin remontés à l’origine de puissants flashs d’énergie diffusés dans l’espace

Au cours de la dernière décennie, les astronomes ont capté des flashs d’énergie incroyablement puissants à partir de signaux radio provenant de l’espace, appelées sursauts radio rapides (FRB pour “Fast Radio Burst” en anglais).

Ils ne durent que quelques millisecondes, mais ils peuvent générer autant d’énergie que 500 millions de soleils et nous n’avons jamais été en mesure de déterminer d’où ils viennent, ou ce qui les cause.

Pour la première fois, des scientifiques sont remontés à l’origine d’un de ces sursauts jusqu’à une minuscule galaxie naine, bien au-delà de notre Voie lactée et elle fournit une grande avance quant à la source de ces mystérieux signaux.

Selon l’un des chercheurs impliqués dans la découverte, Shami Chatterjee, de l’université Cornell (Etats-Unis) :

Nous savons maintenant que cette explosion provient d’une galaxie naine à plus de trois milliards d’années-lumière de la Terre. Ce fait simple est un énorme progrès dans notre compréhension de ces évènements.

Les résultats, présentés cette semaine, lors d’une réunion de l’American Astronomical Society au Texas, sont d’une très grande importance pour les astronomes.

Le premier sursaut radio rapide a été découvert en 2007 et depuis lors, les astronomes tentent d’en repérer d’autres. Malgré le fait qu’ils estiment qu’il y a environ 2 000 de ces FRB diffusés à travers l’univers tous les jours, ils sont si courts que de les capter est plus facile à dire qu’à faire.

Les quelques signaux que nous avons réussi à détecter étaient erratiques et tous provenaient de différents endroits, rendant incroyablement difficile de définir leur origine.

Mais tout cela a changé l’année dernière, lorsque des chercheurs ont détecté la première preuve d’un FRB répété, 11 sursauts radio tous provenant d’une seule région, bien au-delà de la Voie lactée. Puis, le mois dernier, six autres FRB ont été détectés provenant du même endroit. Ces signaux répétés ont reçu le nom de FRB 121102.

Récemment, en utilisant le télescope Very Large Array (VLA) au Nouveau-Mexique, les chercheurs ont enfin été en mesure de préciser leur origine. En 83 heures d’observation sur six mois en 2016, le VLA a détecté 9 sursauts de FRB 121102. Et cela suffisait pour leur permettre d’affiner leur source. À leur grande surprise, les FRB provenaient d’une pâle galaxie naine, à plus de 3 milliards d’années-lumière de la Terre.

Image d’entête : représentation du Very Large Array au Nouveau-Mexique et du puissant réseaux de radiotélescopes européens remontant à l’origine de FRB 121102. (Danielle Futselaar)

Selon Casey Law, de l’université de Californie à Berkeley :

Nous sommes les premiers à montrer que c’est un phénomène cosmologique. Et nous sommes les premiers à voir où cela se passe, dans cette petite galaxie, ce qui est une surprise.

Maintenant, notre objectif est de comprendre pourquoi cela arrive.

Avant la découverte de ces FRB répétitifs, la principale hypothèse fut que les sursauts provenaient de notre Voie lactée et qu’ils étaient le résultat d’une collision cataclysmique entre deux étoiles à neutrons, un processus qui forme un trou noir. Mais cette hypothèse, au moins le lieu, a maintenant été écartée.

Rappel : la coalescence d’une paire (binaire) d’étoiles à neutrons. Une étoile à neutrons résulte de l’explosion d’une étoile massive. Ses couches externes sont projetées vers l’extérieur, mais le noyau s’effondre en une boule ultra-dense de quelques kilomètres de diamètre. Si deux de ces étoiles s’orbitent l’une autour de l’autre,  elles finissent par devenir une binaire d’étoile à neutrons. Pendant des milliards d’années, elles se tournent autour, finissent par fusionner et elles forment un trou noir. La fusion est incroyablement violente et projette d’énormes quantités d’énergie dans de très courtes rafales, de l’ordre des millisecondes.

GIF présentant une séquence d’une simulation de la fusion de deux étoiles à neutrons et le sursaut de rayons gamma en résultant, (NASA)

Selon l’un des membres de l’équipe de recherche, Shriharsh Tendulkar, de l’université McGill au Canada :

Avant que nous connaissions la distance de n’importe quel FRB, plusieurs explications proposées pour leurs origines ont fait valoir qu’ils pourraient venir de l’intérieur ou près de notre propre Galaxie, la Voie lactée.

Nous avons maintenant écarté ces hypothèses, du moins pour ce FRB.

Une autre indication de la nouvelle découverte est que, en plus de détecter les FRB incroyablement puissants, l’équipe a observé une source persistante d’émissions radio plus faibles dans la même région, qui provenait de 100 années-lumière des FRB.

Nous pensons que les sursauts et la source continue sont susceptibles d’être le même objet ou qu’ils sont en quelque sorte physiquement associés les uns aux autres.

Les meilleurs coupables de ces FRB récurrents sont de jeunes étoiles à neutrons, des objets denses qui se forment après l’effondrement d’une étoile et émettent des impulsions radio régulières pendant qu’elles tournent.

La principale hypothèse pour l’équipe de recherche est que les sursauts radio pourraient même être produits par des magnétars fortement magnétiques, un type d’étoile à neutron qui est entourée par le matériel éjecté par l’explosion d’une supernova ou rejeté par un pulsar en résultant.

Mais il y a également d’autres possibilités, comme l’idée que la galaxie projette des émissions radio de la région entourant un trou noir supermassif en son centre. Il y a aussi la possibilité que ces FRB répétés provenant de cette galaxie naine soient, en quelque sorte, différents des évènements uniques qui ont été détectés auparavant et qu’ils puissent avoir une source totalement différente.

Quoi qu’il en soit, les astronomes ont désormais un endroit où ils peuvent commencer à “regarder” pour tenter d’élucider le mystère entourant ces signaux énigmatiques.

Les résultats ont été présentés cette semaine lors d’une réunion de l’American Astronomical Society et publiés dans Nature : A direct localization of a fast radio burst and its host et dans la revue Astrophysical Journal Letters : The Repeating Fast Radio Burst FRB 121102 as Seen on Milliarcsecond Angular Scales.