Les astronomes ont utilisé une intense rafale d’ondes radio provenant d’une galaxie voisine pour inspecter le halo de gaz entourant notre propre galaxie de la Voie lactée. Les scientifiques ont étudié la manière dont la lumière de la soi-disant rafale radio rapide, ou FRB, était dispersée lorsqu’elle voyageait depuis l’espace lointain et dans notre galaxie afin d’estimer la quantité de matière résidant dans le halo de la galaxie. C’est un peu comme faire briller une lampe de poche à travers le brouillard pour voir l’épaisseur du nuage ; plus il y a de matière, plus la lumière se dispersera.
Les résultats montrent que notre galaxie contient beaucoup moins de matière « régulière » ou baryonique (le même type de matière qui compose les étoiles, les planètes et les êtres vivants) que prévu. Ceci, à son tour, soutient les théories selon lesquelles la matière est régulièrement projetée hors des galaxies par de puissants vents stellaires, des étoiles qui explosent et alimentent activement ou accrètent des trous noirs supermassifs.
« Ces résultats soutiennent fortement les scénarios prédits par les simulations de formation de galaxies où les processus de rétroaction expulsent la matière des halos des galaxies », a déclaré Vikram Ravi, professeur adjoint d’astronomie à Caltech, qui a présenté les résultats le 9 janvier lors de la 241e réunion de l’American Astronomical Society (AAS) à Seattle. « C’est fondamental pour la formation des galaxies, où la matière est acheminée et expulsée des galaxies par cycles », explique Ravi.
Les dernières conclusions, soumises à Le Journal Astrophysique, font partie d’une multitude de nouveaux résultats du Deep Synoptic Array (DSA) de Caltech, une collection d’antennes paraboliques situées dans le haut désert de l’observatoire radio d’Owens Valley, à l’est des montagnes de la Sierra Nevada en Californie. Le but du DSA est de découvrir et d’étudier les FRB, de mystérieux flashs d’ondes radio qui proviennent généralement des profondeurs du cosmos. Le premier FRB a été découvert en 2007 et des centaines sont maintenant observés chaque année.
L’un des défis de l’étude des FRB réside dans l’identification de leur lieu d’origine. Savoir d’où proviennent les FRB aide les astronomes à déterminer ce qui peut déclencher les éclairs cosmiques intenses. L’identification de leurs emplacements est également essentielle pour utiliser les FRB afin d’étudier la répartition de la matière baryonique dans l’univers. Sur les centaines de FRB découverts à ce jour, seuls 21 ont été localisés dans des galaxies connues. La DSA, qui a commencé sa mise en service en février 2022, a déjà découvert et localisé les emplacements de 30 nouveaux FRB.
« Au début, nous étions perplexes quant à la raison pour laquelle nous découvrions autant de FRB », explique Ravi, qui est co-chercheur sur DSA. « Mais cela se résume à une ingénierie minutieuse des antennes et des récepteurs, et des pipelines logiciels. Nous manquons rarement une chose maintenant. »
En plus de trouver moins de matière que prévu dans notre galaxie, la Voie lactée, d’autres premiers résultats du réseau de télescopes ont conduit à de nouvelles questions sur le principal candidat à la cause des FRB. Des découvertes antérieures ont indiqué que des étoiles récemment décédées avec une magnétisation extrême, appelées magnétars, pourraient être la source de FRB. Par exemple, en 2020, plusieurs télescopes, dont le STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) de Caltech, ont attrapé un magnétar en flagrant délit alors qu’il lançait un FRB intense dans notre propre galaxie. Cependant, de nouvelles observations de DSA montrent que les FRB proviennent d’un assortiment diversifié de galaxies, y compris de galaxies plus anciennes au sein de riches amas de galaxies. Ces résultats suggèrent que si les FRB sont émis par les magnétars, ils se forment par de multiples voies potentiellement inconnues.
« Les magnétars comme ceux de la Voie lactée se forment lors d’épisodes de formation intense d’étoiles », explique Ravi. « Trouver des FRB provenant de galaxies qui ont pour la plupart cessé de former des étoiles était surprenant. »
Ravi dit que le DSA deviendra encore plus puissant à mesure que l’équipe mettra en ligne des antennes paraboliques supplémentaires. Jusqu’à présent, seuls 63 plats sur un total de 110 prévus sont en service.
« Le DSA collecte et traite en permanence d’énormes quantités de données », explique Ravi. « Le débit de données équivaut à regarder 28 000 films Netflix à la fois. »
À l’avenir, les astronomes de Caltech, en collaboration avec des collaborateurs, prévoient de construire un réseau encore plus grand, appelé DSA-2000, un réseau de 2 000 paraboles radio qui serait le télescope radio le plus puissant jamais construit. Le projet traiterait un débit de données équivalent à 20 % du trafic Internet mondial actuel et détecterait un milliard de nouvelles sources radio, soit 100 fois plus que ce que nous connaissons aujourd’hui. Cela comprendrait 40 000 nouveaux FRB.
« Le DSA-2000 s’appuiera sur les progrès du DSA et révolutionnera la radioastronomie », a déclaré Gregg Hallinan, professeur d’astronomie à Caltech, directeur de l’Owens Valley Radio Observatory et chercheur principal du DSA-2000.
Plus d’information:
Vikram Ravi et al, Science Deep Synoptic Array: une rafale radio rapide de 50 Mpc contraint la masse du milieu circumgalactique de la Voie lactée, arXiv (2023). DOI : 10.48550/arxiv.2301.01000