Nature inconnue des sursauts radio cosmiques

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Les sursauts radio rapides sont l'un des phénomènes cosmiques les plus mystérieux. Il s'agit de signaux radio courts, d'une durée de plusieurs millisecondes, de nature inconnue, résultant de la libération d'une énorme quantité d'énergie. Plus d'une décennie s'est écoulée depuis leur découverte, mais les astrophysiciens tentent toujours de comprendre les mécanismes de leur apparition. Les chercheurs citent les étoiles à neutrons, les trous noirs et même les émetteurs de civilisations extraterrestres comme sources possibles.

Signaux mystérieux

Avec des sursauts radio rapides, en millisecondes, autant d'énergie est libérée que le Soleil en a émis sur plusieurs dizaines de milliers d'années. L'hypothèse principale est qu'elles sont causées par des événements catastrophiques, comme la fusion de deux étoiles à neutrons, un éclair issu de l'évaporation d'un trou noir ou la transformation d'un pulsar en trou noir. Pendant longtemps, on a cru que les sursauts radio ne pouvaient se produire qu'une seule fois, mais en 2015, il a été découvert que le sursaut radio rapide FRB 121102 précédemment enregistré se répétait de manière non périodique.

FRB 121102 est situé dans une galaxie naine à trois milliards d'années-lumière de la Terre, et est resté pendant plusieurs années la seule source connue de sursauts radio récurrents, malgré des recherches minutieuses. Cependant, en janvier 2019, un article de scientifiques de la collaboration canadienne CHIME est paru dans la revue Nature, dans lequel il a été rapporté le réenregistrement de signaux d'une autre source - 180814. J0422 + 73. Le radiotélescope interférométrique CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) a enregistré six sursauts radio rapides provenant d'une galaxie distante de 1,3 milliard d'années-lumière.

Les signaux dans leur structure de fréquence et leurs caractéristiques spectrales ressemblaient aux signaux du FRB 121102, ce qui indique un mécanisme similaire de leur formation et la même nature de la source. La découverte indique l'existence d'un type distinct de sursauts radio rapides, qui ne peuvent pas être causés par des événements catastrophiques précisément en raison de leur récurrence.

Galaxie silencieuse

En août 2019, une équipe internationale de scientifiques a identifié pour la première fois la source d'un seul sursaut radio rapide FRB 180924, originaire d'une galaxie distante de quatre milliards d'années-lumière.

À l'aide du radio-interféromètre ASKAP situé en Australie, les astronomes ont déterminé l'emplacement de la source FRB, puis en ont calculé la distance en analysant les données des télescopes optiques au sol Gemini, Keck et VLT. Il s'est avéré que l'éruption radio s'est produite dans une galaxie massive de la taille de la Voie lactée, à 13 000 années-lumière de son centre. Une caractéristique de la galaxie est l'absence de processus pour la naissance de nouvelles étoiles.

Ceci contraste avec le signal répétitif FRB 121102, qui est situé dans la région de formation d'étoiles active. Ainsi, les sursauts radio rapides simples et répétitifs doivent avoir des origines différentes. Dans le cas de FRB 121102, le signal radio semblait traverser un puissant champ magnétique autour d'un magnétar, un type spécial d'étoile à neutrons.

Bientôt, les astronomes du California Institute of Technology aux États-Unis ont signalé la découverte d'un autre sursaut radio rapide FRB 190523, qui s'est également produit dans un environnement relativement calme - dans une galaxie analogue à la Voie lactée et distante de 7,9 milliards d'années-lumière. Depuis la terre.

Ces deux découvertes réfutent que les sursauts radio rapides ne peuvent se produire que dans les jeunes galaxies naines qui contiennent un grand nombre de magnétars.

Huit jumeaux

En août 2019, un article de la collaboration canadienne CHIME est paru dans le référentiel de préimpression arXiv.org, qui rapporte la détection de huit signaux radio répétés. Deux sources de signaux radio - FRB 180916 et FRB 181119 - ont clignoté plus de deux fois (respectivement dix et trois fois), les autres n'ont envoyé des signaux radio répétés qu'une seule fois, la pause la plus longue entre l'enregistrement des ondes radio étant de 20 heures. Selon les chercheurs, cela peut indiquer que de nombreux FRB sont en fait répétitifs, mais que certains sont plus actifs que d'autres.

La plupart des huit nouvelles rafales radio rapides ont montré une diminution de la fréquence du signal à chaque rafale répétée, ce qui peut être la clé pour comprendre le mécanisme qui produit ces phénomènes. De plus, FRB 180916 a les taux de dispersion de signal les plus bas, indiquant la proximité relative de la source à la Terre. Cela pourrait également aider à déterminer la nature du sursaut radio, ont conclu les chercheurs.

étoiles de l'enfer

À la fin de l'été 2019, des scientifiques du Centre national de radioastrophysique en Inde ont signalé que les magnétars sont toujours l'une des sources les plus probables de sursauts radio rapides (au moins répétitifs).

Le magnétar anormal XTE J1810-197 a été observé avec le radiotélescope Giant Metrewave. Des impulsions d'émission radio d'une milliseconde ont été enregistrées, ressemblant à des éclairs provenant de la répétition de FRB 180814. J0422 + 73.

Ce magnétar est situé à 10 mille années-lumière de la Terre. Il a été découvert en 2003 et a progressivement cessé d'émettre des émissions radio en 2008. Cependant, en 2018, une nouvelle épidémie s'est produite dessus, qui a également commencé à s'estomper progressivement. Fait intéressant, les magnétars n'émettent généralement pas d'émission radio, et le XTE J1810-197 a été la première source d'émission radio de ce type. La rareté de cet objet, comme les sursauts radio répétitifs, a conduit les scientifiques à croire que les deux phénomènes peuvent être liés l'un à l'autre.

Trou bruyant

En septembre 2019, des astronomes chinois ont signalé avoir détecté de nouvelles rafales radio répétitives rapides (FRB) à partir de FRB 121102. Les signaux ont été détectés avec un radiotélescope FAST de 500 mètres avec un récepteur à 19 faisceaux dans la province du Guizhou. De la fin août à septembre, plus de 100 pointes ont été enregistrées, ce qui est un nombre record parmi tous les FRB enregistrés.

À ce moment-là, les scientifiques ont commencé à supposer que FRB 121102 est un trou noir supermassif qui dépasse la masse du Soleil de 10 à 100 millions de fois et génère un puissant champ magnétique, et une étoile à neutrons ou un plasma affecté par le trou pourrait être le source de fusées éclairantes. Une autre explication possible est que FRB 121102 est un plérion magnétisé, une nébuleuse alimentée par le vent stellaire d'un pulsar.

Alors que les sursauts radio rapides restent inexpliqués jusqu'à présent, de nombreuses données ont été présentées à la communauté scientifique en 2019 qui rapprochent les astronomes de la solution. Il s'est avéré que les FRB peuvent être répétés, et ils le font probablement très souvent. Dans ce cas, ils sont générés par des objets assez exotiques comme les étoiles à neutrons (pulsars et magnétars), situés dans un milieu interstellaire adapté. Les sursauts uniques se produisent dans des conditions moins turbulentes: des galaxies où la formation d'étoiles est très lente. De tels phénomènes, très probablement, se produisent vraiment en raison de processus catastrophiques.