Les sursauts radio rapides sont exactement ce que leur nom implique : une poussée soudaine de photons à des fréquences radio qui dure souvent moins d’une seconde. Une fois que les scientifiques ont fini de se convaincre qu’ils ne s’intéressaient pas aux problèmes d’équipement, la recherche s’est poursuivie pour savoir ce qui produisait les vastes quantités d’énergie impliquées dans une rafale radio rapide (FRB).
La découverte du premier FRB répétitif nous a appris que le processus qui génère un FRB ne détruit pas l’objet qui le produit. Finalement, un FRB a été trouvé qui était associé à des événements à des longueurs d’onde supplémentaires, permettant d’identifier la source : un magnétar, un sous-ensemble d’étoiles à neutrons qui possède les champs magnétiques les plus extrêmes de l’Univers. Bien que cela représente un excellent progrès, cela ne nous dit toujours rien sur la physique de la façon dont la rafale est produite – des connaissances qui nous diraient vraisemblablement pourquoi la plupart des magnétars ne les produisent pas et pourquoi la rafale a tendance à démarrer et à s’arrêter si soudainement.
Maintenant, les chercheurs ont identifié un FRB qui aide à limiter nos idées sur ce qui peut les produire. Le FRB lui-même semble être un événement unique, mais il est composé de neuf rafales individuelles séparées d’environ 215 millisecondes. Le rythme rapide signifie que la source de l’éclatement doit presque certainement se trouver près de la surface du magnétar.
Rafales et sous-rafales
Le nouveau travail provient de l’instrument CHIME du Canada, qui a été conçu pour d’autres observations, mais s’avère sensible à de nombreuses longueurs d’onde qui composent un FRB. CHIME scanne une vaste zone du ciel, ce qui lui permet de détecter les FRB malgré le fait qu’ils ne se produisent presque jamais deux fois au même endroit.
Le pipeline d’analyse automatisé qui sélectionne les événements FRB potentiels aurait dû manquer un événement appelé FRB 20191221A, simplement parce qu’il était beaucoup plus long que les FRB tels qu’ils ont été définis, prenant près de trois secondes pour que les émissions radio augmentent puis redescendent à nouveau aux niveaux de fond. Mais les données ont été enregistrées pour une analyse future car ces trois secondes semblent contenir plusieurs rafales indépendantes, et ces sous-rafales sont ce qui a déclenché le système pour signaler les données.
Les rafales individuelles au sein de cet événement sont visibles sur une large gamme de longueurs d’onde.
Bien que nous ayons déjà identifié des sources répétitives, celles-ci produisaient des rafales uniques avec une longue séparation entre elles. FRB 20191221A, en revanche, avait une séparation d’environ 215 millisecondes seulement entre eux.
En fait, les écarts entre ces sous-rafales étaient remarquablement réguliers. Les chercheurs ont estimé la probabilité de détecter quelque chose qui a l’air aussi régulier sans qu’il soit réellement régulier à un sur 10-11leur donnant « une grande confiance » que le signal est périodique.
Depuis cet événement, il n’y a eu aucun signe d’un autre événement dans la même région que FRB 20191221A. Il semble également provenir d’une source extérieure à notre galaxie.
Près du noyau
Mais c’est vraiment la périodicité qui nous dit quelque chose sur la nature des FRB. Les étoiles à neutrons elles-mêmes sont des environnements très extrêmes, de sorte que leurs surfaces peuvent produire les types d’énergies extrêmes nécessaires à un FRB. Mais les magnétars ont des champs magnétiques extrêmes qui étendent l’environnement de haute énergie bien au-delà de la surface de l’étoile à neutrons. (La force de leurs champs est si forte que les orbitales normales des atomes sont déformées, empêchant la chimie de se produire n’importe où près d’eux.) Ainsi, il n’est pas évident de savoir à quelle distance de l’étoile à neutrons les FRB sont générés.
Le moment de ces sous-rafales indique fortement que c’est à la surface de l’étoile. La séparation de niveau milliseconde entre les événements est cohérente avec la vitesse de rotation des étoiles à neutrons que nous voyons sur de nombreux pulsars. Donc, ce que nous voyons avec FRB 20191221A pourrait être un large événement à la surface de l’étoile à neutrons qui crée un faisceau qui scintille à travers la Terre avec la rotation de l’étoile avant de disparaître. Étant donné la longueur des impulsions, cependant, la source aurait dû être beaucoup plus large que n’importe quel pulsar que nous avons observé.
Une autre explication pourrait être que l’étoile tourne lentement et que nous observons un événement qui a fait vibrer sa croûte, avec la salve d’émissions synchronisée avec la fréquence vibratoire de la croûte. Encore une fois, la nature extrême des étoiles à neutrons signifie qu’un « tremblement d’étoiles » aurait beaucoup plus d’énergie que nous n’en verrions jamais sur Terre.
En revanche, il est difficile de comprendre comment on peut générer ce genre de périodicité à distance du magnétar sans avoir une source périodique sur l’étoile elle-même.
Tout cela, cependant, est basé sur l’hypothèse que le FRB 20191221A est représentatif des FRB plus généralement. En recherchant les données CHIME, l’équipe de recherche a trouvé deux exemples de ce qui semble être une périodicité similaire mais avec un nombre inférieur de sous-rafales. Cependant, en partie à cause du plus petit nombre de répétitions, la certitude statistique quant à savoir s’ils ont une séparation régulière est beaucoup plus faible.
Ainsi, bien qu’il y ait encore une certaine incertitude quant à la représentativité du FRB 20191221A, c’est le genre de progrès qui nous a lentement rapprochés de la compréhension des FRB au cours de la dernière décennie. En réduisant progressivement le nombre d’explications probables, nous nous rapprochons lentement de la compréhension de ce qui produit ces événements extrêmes.
Nature, 2022. DOI : 10.1038/s41586-022-04841-8 (À propos des DOI).