LE sursaut radio rapide (FRB) ou des sursauts radio rapides sont impulsions très courtes d’ondes radio venant de espace profond qui durent généralement quelques millisecondes. Depuis longtemps, le leur origine physique il est resté un mystère et, selon les principales hypothèses, ils pourraient provenir d’objets extrêmement compacts et énergétiques comme le étoiles à neutrons. Une équipe de recherche a récemment identifié le sursaut radio rapide le plus éloigné connunommé FRB20240304Bréussissant à identifier le galaxie hôteet grâce au télescope spatial James Webb.
La galaxie est relativement petit et peu massif (sa masse est d’environ mille fois plus bas à ce que le groupe de recherche attendait) caractérisé par une structure irrégulière et avec une intense activités de formation d’étoiles.
Le signal présente un redshift d’environ 2,1, correspondant à une époque où l’univers avait seulement 3 milliards d’années. Redshift mesure à quel point la lumière est « étirée » par l’expansion de l’univers au cours de son voyage : plus sa valeur est élevée, plus la source est éloignée et plus nous observons loin dans le temps. La lumière de l’éclair a alors voyagé pendant environ 10,8 milliards d’années avant d’atteindre la Terre.
L’observation d’un FRB dans l’univers primitif a permis aux scientifiques de mieux comprendre le phénomène. origine mystérieuse de ces phénomènes astronomiques rares. De plus, l’observation d’un FRB si loin a permis aux scientifiques de étudier la répartition de la matière dans l’univers sur de grandes distances, en utilisant le FRB comme une sorte de torche cosmique qui éclaire indirectement le plasma intergalactique (c’est-à-dire le gaz primordial dispersé entre les différentes galaxies) présent le long de la ligne de mire.
Que sont les sursauts radio rapides et pourquoi sont-ils mystérieux
Les FRB les plus connus proviennent d’autres galaxies souvent à des milliards d’années-lumière.
L’un des hypothèses les plus accréditées que les scientifiques ont soulevé pour expliquer leur origine concerne le magnétarune classe particulière de étoiles à neutrons caractérisé par champs magnétiques extraordinairement intenses.
Les étoiles à neutrons sont des objets très compacts qui peuvent se former lorsqu’on les étoile massive termine son évolution et explose comme supernova. Les magnétars, en particulier, possèdent des champs magnétiques qui peuvent être des centaines de milliards de fois plus intenses de ceux de Le champ magnétique terrestre.
Dans une étoile à neutrons, la matière est comprimée en très hautes densités. Ces étoiles ont un rayon d’un seul dix kilomètres et peut contenir une masse de l’ordre de celle du Soleil. Pendant le effondrement de la masse du noyau stellaire qui donne naissance à l’étoile à neutrons champ magnétique initial de la star ça peut être énormément amplifié (si le flux magnétique est conservé lors de l’effondrement, alors la réduction du rayon de l’étoile provoque une augmentation de l’intensité du champ magnétique). L’étoile à neutrons devient ainsi un magnétar en rotation rapide.
Cependant, le champ magnétique d’un magnétar peut être soumis à fortes tensions et au fil du temps, le champ magnétique externe peut reconfigurer brusquement grâce à des processus appelés reconnexion magnétique (le même phénomène provoque également des éruptions solaires).
Lors d’une reconnexion, la configuration des lignes de champ change permettant à l’énergie d’être libérée et d’accélérer les particules chargées produisant une émission électromagnétique très intense.
En 2020, les astronomes ont détecté un FRB de notre propre galaxie associé au magnétar nommé SGR1935+2154 et cette observation c’était fondamental parce qu’il a prouvé que certains magnétars peut produire des signaux de ce type. Cependant, il ne l’a pas prouvé que tous les sursauts radio rapides ont nécessairement la même origine.
En effet, ils existent d’autres hypothèsesy compris la fusion de deux étoiles à neutrons, et en outre ce n’est pas encore exclu Que différents phénomènes physiques peut produire des FRB avec des caractéristiques différentes.
L’origine inattendue dans une galaxie primordiale de la FRB : l’étude
La découverte d’un FRB dans le galaxie hôte vous permet de reconstituer les conditions dans lesquelles le flash s’est produit obtenir des indices sur nature de l’objet qui l’a créé.
La recherche s’est développée à travers deux phases d’observation complémentaires. La première a eu lieu en mars 2024, lorsque le projet de recherche MeerTRAP détecté le sursaut radio en utilisant MeerKAT, un système de radiotélescope situé en Afrique du Sud. Les caractéristiques du signal laissaient penser qu’il provenait d’une région extrêmement lointaine. Toutefois, pour déterminer la distance avec précision, il fallait identifier la galaxie d’où il venait correspondre.
Utiliser plus tard Télescope spatial James Webb l’équipe de recherche d’astronomes est réussi à détecter la très faible galaxie hôte via le spectrographe NIRSpec pour mesurer son redshift, confirmant l’énorme distance cosmologique de la source.
La galaxie hébergeant FRB 20240304B appartient à une phase évolutive très active et primordiale. Ses caractéristiques suggèrent que une partie substantielle de ses étoiles peut s’être formé dans un intervalle relativement court de l’ordre de 30 millions d’années.
Ces données ont permis aux scientifiques de renforcer l’hypothèse selon laquelle le FRB peut provenir d’un magnétar. Un magnétar peut en effet se former suite à l’explosion d’une étoile massive et jeune, très abondante dans les galaxies primordiales. Sa formation cela peut donc arriver relativement bientôt après la naissance de l’étoile génitrice, sans nécessiter les longs délais nécessaires à d’autres scénarios possibles.
Des sursauts radio comme sondes de matière cosmique
L’observation des FRB est importante comme moyen de mesurer la matière ordinaire qui se trouve entre les galaxies et qui nous ne pouvons pas observer facilement avec des télescopes.
En fait, une partie substantielle de matière baryonique de l’universc’est-à-dire celui composé de protons, de neutrons et d’électrons, il n’émet pas de lumière car il ne forme pas d’étoiles et de galaxies mais il est très rare et répandu. C’est ce qu’on appelle milieu intergalactique (en anglais abrégé IGMc’est-à-dire milieu intergalactique).
L’IGM est principalement composé de hydrogène et hélium et dans de nombreuses régions de l’univers, ces éléments sont ionisés. L’IGM est en effet composé d’un plasmaun gaz composé de particules chargées libres, c’est-à-dire les électrons et les noyaux des atomes.
La densité de ce plasma est extrêmement faible comparée à celle des gaz que nous rencontrons sur Terre comme l’air (inférieure de plus de vingt ordres de grandeur, une différence presque inimaginable).
Cependant, à mesure qu’il s’étend sur d’énormes distances cosmologiquesla quantité globale de matière peut être considérable. Également du gaz intergalactique il n’est pas réparti uniformémentet une grande partie est concentrée dans d’énormes filaments qui relient les galaxies et les amas de galaxies, formant ce qu’on appelle réseau cosmique.
Quand tun impulsion radio traverse le plasma interagit avec les électrons libres. La propagation du signal dépend de fréquence des ondes radio. Les composantes de la vague à la fréquence inférieur ils arrivent généralement plus tard que ceux à des fréquences plus élevées.
Lors d’un FRB, une impulsion radio extrêmement courte contenant plusieurs fréquences est donc émise. Au moment de s’éloigner de la source, ces composants sont concentrés dans un intervalle de temps très étroit. En voyageant à travers le plasma IGM différentes fréquences accumulent différents retards.
Lorsque le signal atteint un radiotélescope, les astronomes observent donc une séquence caractéristique : les fréquences les plus élevées arrivent en premier, tandis que les basses arrivent plus tard.
La particularité est que ceci le délai dépend de la quantité d’électrons libres traversés pendant le trajet. Plus la couche d’électrons le long du trajet est grande, plus le retard accumulé sera important, à même fréquence.
Puis une impulsion radiomême si de quelques millisecondes comme celle d’un FRB, il peut conserver des informations sur la distribution de la matière intergalactiquequ’il a rencontré au cours d’un voyage de plusieurs milliards d’années-lumière.
Les astronomes peuvent alors étudier comment varie la quantité de matière ionisée (et ainsi cartographier la matière intergalactique) le long des lignes de visée cosmologiques grâce à des mesures FRB à différentes distances et directions.