Des éclairs cosmiques localisés à un endroit surprenant dans l’espace

Les sursauts radio rapides sont des éclairs de lumière imprévisibles et extrêmement courts en provenance de l’espace. Les astronomes ont du mal à les comprendre depuis leur découverte en 2007. Jusqu’à présent, ils n’ont été vus que par des radiotélescopes.

Chaque flash ne dure que des millièmes de seconde. Pourtant, chacun envoie autant d’énergie que le Soleil en produit en une journée. Plusieurs centaines d’éclairs se déclenchent chaque jour, et ils ont été vus partout dans le ciel. La plupart se trouvent à d’énormes distances de la Terre, dans des galaxies à des milliards d’années-lumière.

Dans deux articles publiés en parallèle cette semaine dans les revues Nature et Astronomie naturelle, une équipe internationale d’astronomes présente des observations qui rapprochent les scientifiques de la résolution du mystère, tout en soulevant de nouvelles énigmes. L’équipe est dirigée conjointement par Franz Kirsten (Chalmers, Suède et ASTRON, Pays-Bas) et Kenzie Nimmo (ASTRON et Université d’Amsterdam).

Les scientifiques ont entrepris de faire des mesures de haute précision d’une source de sursauts à répétition découverte en janvier 2020 dans la constellation d’Ursa Major, la Grande Ourse.

“Nous voulions rechercher des indices sur les origines des sursauts. En utilisant de nombreux radiotélescopes ensemble, nous savions que nous pouvions localiser la source dans le ciel avec une extrême précision. Cela donne l’occasion de voir à quoi ressemble le voisinage local d’un sursaut radio rapide. comme », dit Franz Kirsten.

Pour étudier la source avec la résolution et la sensibilité les plus élevées possibles, les scientifiques ont combiné les mesures des télescopes du réseau européen VLBI (EVN). En combinant les données de 12 antennes paraboliques réparties sur la moitié du globe, la Suède, la Lettonie, les Pays-Bas, la Russie, l’Allemagne, la Pologne, l’Italie et la Chine, ils ont pu déterminer exactement d’où ils venaient dans le ciel.

Les mesures EVN ont été complétées par des données provenant de plusieurs autres télescopes, dont le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) au Nouveau-Mexique, aux États-Unis.

Emplacement proche mais surprenant

Lorsqu’ils ont analysé leurs mesures, les astronomes ont découvert que les flashs radio répétés provenaient d’un endroit auquel personne ne s’attendait. Ils ont retracé les sursauts à la périphérie de la galaxie spirale voisine Messier 81 (M 81), à environ 12 millions d’années-lumière. Cela en fait la détection la plus proche jamais réalisée d’une source de sursauts radio rapides.

Il y avait une autre surprise en magasin. L’emplacement correspondait exactement à un amas dense d’étoiles très anciennes, connu sous le nom d’amas globulaire.

“C’est incroyable de trouver des sursauts radio rapides provenant d’un amas globulaire. C’est un endroit dans l’espace où l’on ne trouve que de vieilles étoiles. Plus loin dans l’univers, des sursauts radio rapides ont été trouvés dans des endroits où les étoiles sont beaucoup plus jeunes. Cela devait être quelque chose d’autre », déclare Kenzie Nimmo.

De nombreux sursauts radio rapides ont été trouvés entourés d’étoiles jeunes et massives, beaucoup plus grosses que le Soleil. Dans ces endroits, les explosions d’étoiles sont courantes et laissent derrière elles des restes hautement magnétisés. Les scientifiques en sont venus à croire que des sursauts radio rapides peuvent être créés dans des objets connus sous le nom de magnétars. Les magnétars sont les restes extrêmement denses des étoiles qui ont explosé. Et ce sont les aimants connus les plus puissants de l’univers.

“Nous nous attendons à ce que les magnétars soient brillants et nouveaux, et certainement pas entourés de vieilles étoiles. Donc, si ce que nous regardons ici est vraiment un magnétar, alors il ne peut pas avoir été formé à partir d’une jeune étoile qui explose. Il doit y avoir d’une autre manière », déclare Jason Hessels, membre de l’équipe, de l’Université d’Amsterdam et d’ASTRON.

Les scientifiques pensent que la source des flashs radio est quelque chose qui a été prédit, mais jamais vu auparavant : un magnétar qui s’est formé lorsqu’une naine blanche est devenue suffisamment massive pour s’effondrer sous son propre poids.

“Des choses étranges se produisent dans la vie de plusieurs milliards d’années d’un amas serré d’étoiles. Ici, nous pensons voir une étoile avec une histoire inhabituelle”, explique Franz Kirsten.

Avec le temps, les étoiles ordinaires comme le Soleil vieillissent et se transforment en petits objets denses et brillants appelés naines blanches. De nombreuses étoiles de l’amas vivent ensemble dans des systèmes binaires. Parmi les dizaines de milliers d’étoiles de l’amas, quelques-unes se rapprochent suffisamment pour qu’une étoile recueille de la matière de l’autre.

Cela peut conduire à un scénario appelé “effondrement induit par l’accrétion”, explique Kirsten.

“Si l’une des naines blanches peut attraper suffisamment de masse supplémentaire de son compagnon, elle peut se transformer en une étoile encore plus dense, connue sous le nom d’étoile à neutrons. C’est un événement rare, mais dans un amas d’étoiles anciennes, c’est le moyen le plus simple de faire sursauts radio rapides », explique Mohit Bhardwaj, membre de l’équipe, Université McGill, Canada.

Le plus rapide de tous les temps

À la recherche d’indices supplémentaires en zoomant sur leurs données, les astronomes ont trouvé une autre surprise. Certains des éclairs étaient encore plus courts qu’ils ne l’avaient prévu.

“Les flashs ont scintillé en seulement quelques dizaines de nanosecondes. Cela nous indique qu’ils doivent provenir d’un volume minuscule dans l’espace, plus petit qu’un terrain de football et peut-être seulement des dizaines de mètres de diamètre”, explique Kenzie Nimmo.

De même, des signaux ultra-rapides ont été observés depuis l’un des objets les plus célèbres du ciel, le pulsar du crabe. C’est un minuscule, dense, vestige d’une explosion de supernova qui a été vue de la Terre en 1054 CE dans la constellation du Taureau, le Taureau. Les magnétars et les pulsars sont différents types d’étoiles à neutrons : des objets super denses avec la masse du Soleil dans un volume de la taille d’une ville et avec de puissants champs magnétiques.

“Certains des signaux que nous avons mesurés sont courts et extrêmement puissants, de la même manière que certains signaux du pulsar du crabe. Cela suggère que nous voyons effectivement un magnétar, mais dans un endroit où les magnétars n’ont pas été trouvés auparavant”, dit Kenzie Nimmo.

Les futures observations de ce système et d’autres aideront à dire si la source est vraiment un magnétar inhabituel, ou quelque chose d’autre, comme un pulsar inhabituel ou un trou noir et une étoile dense sur une orbite proche.

“Ces sursauts radio rapides semblent nous donner un aperçu nouveau et inattendu de la façon dont les étoiles vivent et meurent. Si c’est vrai, elles pourraient, comme les supernovae, avoir des choses à nous dire sur les étoiles et leur vie dans tout l’univers”, déclare Franz Kirsten. .