Une mystérieuse explosion radio dans notre galaxie est venue d’un magnétar

Pour la première fois, les astronomes ont lié un objet réel à ces mystérieuses sursauts radio qu’ils détectent depuis 2007. Le coupable dans ce cas, comme on le soupçonne, est un objet super dense connu sous le nom de magnétar, mais la découverte a incité une toute nouvelle série de questions.

Ces dernières années, sLes scientifiques ont détecté des centaines d’impulsions puissantes d’une milliseconde, connues sous le nom de Fast Radio Burst (FRB), toutes émanant de l’extérieur de notre galaxie. Mais le 28 avril 2020, quelque chose incroyable arrivé: les astrophysiciens ont pris un FRB de l’intérieur de la Voie lactée, un événement qui a suscité beaucoup d’excitation et de conversation.

Ce sursaut particulier, nommé FRB 200428, semblait provenir d’une étoile à neutrons hautement magnétique connue sous le nom de magnétar SGR 1935 + 2154. Le fait que les deux puissent être connectés était considéré comme une possibilité distincte à l’époque, et après avoir collecté, inspecté, recoupé et corrigé toutes les données astronomiques disponibles, trois équipes indépendantes de scientifiques ont maintenant confirmé que c’était le cas. Les magnétars, comme le concluent ces trois nouveaux articles Nature, sont une source possible de FRB.

Jusqu’à présent, «il n’y avait aucune preuve d’observation reliant directement les FRB aux magnétars», ont écrit Amanda Weltman et Anthony Walters, tous deux astrophysiciens à l’Université du Cap, dans un article d’accompagnement de News and Views. «La détection rapportée dans les trois nouveaux articles offre la première preuve de ce type, fournissant ainsi des indices vitaux qui nous aideront à comprendre les origines d’au moins certains FRB», selon le couple, qui n’était pas impliqué dans la nouvelle recherche.

La confirmation a été possible grâce à la coopération internationale et à la mise en commun des données collectées par plusieurs observatoires, certains au sol et certains dans l’espace. Et parce que le FRB galactique a coïncidé avec des sursauts de rayons gamma et de rayons X, les astrophysiciens ont acquis un nouvel indice important dans leur quête pour en savoir plus sur cet étrange phénomène céleste.

Au début, les scientifiques pensaient que ces impulsions lumineuses d’ondes radio étaient des événements ponctuels, mais certains se sont avérés répéter. Cela signifiait que les FRB, ou du moins certains FRB, n’étaient pas le produit d’événements catastrophiques. Pourtant, certaines des sources préférées de ces sursauts comprenaient des étoiles à neutrons, des explosions de supernova ou des interactions inconnues avec des trous noirs. Le fait que les FRB proviennent exclusivement de sources extérieures à notre galaxie était une limitation sérieuse, car ils voyageaient de si loin. D’où l’importance de FRB 200428.

«Jusqu’à présent, tous les FRB que les télescopes … ont captés se trouvaient dans d’autres galaxies, ce qui les rend assez difficiles à étudier en détail», a expliqué Ziggy Pleunis, étudiante au doctorat à l’Université McGill à Montréal et co- auteur du nouveau étude produit par la collaboration CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment).

Cette histoire commence le 27 avril, la veille du FRB galactique. Deux télescopes spatiaux, le Neil Gehrels Swift Observatory et le Fermi Gamma-ray Space Telescope, ont capté de multiples sursauts, à la fois dans les rayons X et gamma, venant de la direction du magnétar SGR 1935 + 2154.

Le jour suivant a apporté les bonnes choses, quand les astronomes de CHIME ont détecté l’impulsion radio brillante. L’observatoire CHIME est situé dans la province canadienne de la Colombie-Britannique et se compose de 100 réflecteurs paraboliques.

Le même jour, les scientifiques de STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2), ont attrapé la même chose. STARE2 se compose de trois stations situées dans le sud-ouest des États-Unis.

Lors d’une conférence de presse tenue lundi, Christopher Bochenek, astrophysicien de STARE2 et premier auteur de son équipe papier sur la découverte, a déclaré qu’il était « paralysé par l’excitation » quand il a vu les données pour la première fois. La rafale était si forte, dit-il, qu’elle aurait pu être détectée par un téléphone portable réglé sur la bonne fréquence au bon moment. Plus précisément, la quantité d’énergie radio contenue dans cette seule impulsion lumineuse est égale à la quantité d’énergie radio produite par le Soleil toutes les 30 secondes, a déclaré Bochenek, chercheur au California Institute of Technology.

Il y avait cependant une différence de données étrange, car le signal reçu par STARE2 était 1000 fois plus brillant que le signal reçu par CHIME. Les deux groupes ont étudié la disparité, trouvant qu’un problème d’étalonnage chez CHIME était à blâmer. Une fois corrigées, les données CHIME correspondaient aux observations de STARE2, soulignant l’importance de collecter des données astronomiques à partir de sources multiples. Les deux équipes ont conclu de manière indépendante que FRB 200428 provenait du magnétar SGR 1935 + 2154, situé à 30 000 années-lumière.

Comme l’a souligné Bochenek, CHIME a enregistré deux rafales discrètes séparées de 30 millisecondes, alors que STARE2 n’en a vu qu’une, mais il faut s’y attendre, compte tenu des différences dans les systèmes. Grâce à CHIME, «nous savons d’où il venait», et grâce à STARE2, «nous savions à quel point il était brillant», a-t-il déclaré. Pris ensemble, c’est maintenant «le premier FRB qui provient d’un objet connu», a déclaré Bochenek.

Trois télescopes spatiaux ont également capté des signaux de rayons X provenant du magnétar pendant la rafale, à savoir le télescope spatial INTEGRAL de l’ESA, le télescope spatial chinois Insight et l’instrument russe Konus à bord du satellite WIND de la NASA. Donc, au total, cinq observatoires différents ont capturé l’événement sous une forme ou une autre.

Le 28 avril également, la même zone de ciel a été scannée par le télescope sphérique à ouverture de cinq cents mètres de Chine (FAST), mais pas à l’heure exacte de l’apparition du FRB 200428. Les données recueillies au cours de la même journée, cependant, ont montré que le magnétar était devenu assez actif, émettant 29 répéteurs gamma doux – de grandes salves de rayons gamma et de rayons X – pendant une crise de 30 minutes. Aucun FRB n’a été détecté pendant cette phase de sursaut, offrant de nouveaux indices alléchants sur la nature et les circonstances associées aux sursauts radio rapides. Les détails de ces observations ont été publiés dans un papier dirigé par Bing Zhang de l’Université du Nevada à Las Vegas. Zhang a également co-écrit un quatrième papier dans cet ensemble, traitant des mécanismes physiques possibles derrière les FRB.

Comme l’expliquent Weltman et Walters dans leur article News and Views, FRB 200428 est le «premier FRB pour lequel des émissions autres que des ondes radio ont été détectées, le premier à être trouvé dans la Voie lactée et le premier à être associé à un magnétar.  » En outre, il s’agit du «sursaut radio le plus brillant d’un magnétar galactique mesuré jusqu’à présent». Et comme FRB 200428 est le premier sursaut radio galactique aussi brillant que ceux provenant de galaxies voisines, il «fournit également des preuves indispensables que les magnétars pourraient être les sources de FRB extragalactiques.

Zhang, parlant lors de la conférence de presse, a déclaré qu’il n’était pas optimiste quant à la découverte par les astronomes d’une source de FRB, car un «pistolet fumant» semblait peu probable. Mais cette découverte, «directement dans notre arrière-cour», montre qu’ils proviennent de magnétars, a-t-il dit, ajoutant que les magnétars peuvent expliquer certains et peut-être tous les FRB observés dans l’univers, «mais il pourrait y avoir plus d’un ancêtre.

En effet, certaines questions très importantes demeurent. Il n’est pas clair, par exemple, si les magnétars sont la seule source de FRB et si d’autres phénomènes célestes peuvent également produire des impulsions avec les mêmes caractéristiques. Et comme l’a souligné Bochenek, il sera «important de déterminer la fréquence à laquelle ces choses se produisent dans l’univers».

De plus, les astrophysiciens devront maintenant comprendre comment les magnétars sont capables de produire ces puissantes et courtes rafales d’énergie. Les théories en cours incluent des fusées magnétar qui se brisent dans le milieu environnant, provoquant une onde de choc ou des fissures se formant à la surface du super-dense étoiles à neutrons. Sur ce dernier point, et bien que difficile à croire, les FRB pourraient en fait être connectés à des neutrons tremblements d’étoiles.

Enfin, il y a la question des ponctuels et des répétitions. Le FRB observé dans la Voie lactée ne semble pas être un répéteur, ce qui « suggère qu’il y a une différence » et que « quelque chose d’autre se passe », a déclaré Bochenek. Lors de la conférence de presse, l’astrophysicien Daniele Michille, co-auteur de l’article CHIME, a déclaré que différentes classes possibles de sources de FRB sont possibles. Zhang a le sentiment qui est probablement unique sont répéteurs, c’est juste que nous ne sommes pas capables de détecter toutes les rafales. Les magnétars, comme il l’a souligné, ne meurent pas après avoir émis des FRB. Dans le même temps, cependant, une fusion de Les étoiles à neutrons pourraient expliquer un événement ponctuel, ou une étoile à neutrons fusionnant avec un trou noir, qui pourraient tous deux produire des FRB et entraîner la destruction de la source. Mais seule une petite proportion de FRB est susceptible d’être de nature catastrophique, et donc d’événements ponctuels, selon Zhang.

En ce qui concerne la compréhension des FRB, nous sommes toujours limités par des quantités limitées de données, des effets de sélection d’observation problématiques et les distances intenses impliquées. La détection d’un FRB galactique dans notre galaxie, puis son association à un objet connu, représente un énorme pas en avant, mais il reste encore beaucoup à découvrir. Cependant, ce que nous avons appris sur les FRB au cours des 13 dernières années est tout simplement stupéfiant, et nous devrions être optimistes quant à ce que nous apprendrons dans les décennies à venir.