Plus de 15 ans après la découverte des sursauts radio rapides (FRB) – des explosions cosmiques de rayonnement électromagnétique d’une milliseconde dans l’espace lointain – les astronomes du monde entier ont passé au peigne fin l’univers pour découvrir des indices sur comment et pourquoi ils se forment.
Presque tous les FRB identifiés sont originaires de l’espace lointain en dehors de notre galaxie de la Voie lactée. C’est jusqu’en avril 2020, lorsque le premier FRB galactique, nommé FRB 20200428, a été détecté. Ce FRB a été produit par un magnétar (SGR J1935 + 2154), une étoile à neutrons dense de la taille d’une ville avec un champ magnétique incroyablement puissant.
Cette découverte révolutionnaire a conduit certains à croire que les FRB identifiés à des distances cosmologiques en dehors de notre galaxie pourraient également être produits par des magnétars. Cependant, la preuve irréfutable d’un tel scénario, une période de rotation due à la rotation du magnétar, a jusqu’à présent échappé à la détection. De nouvelles recherches sur SGR J1935 + 2154 mettent en lumière cette curieuse divergence.
Dans le numéro du 28 juillet de la revue Avancées scientifiquesune équipe internationale de scientifiques, dont l’astrophysicien UNLV Bing Zhang, rapportent la surveillance continue de SGR J1935+2154 après le FRB d’avril 2020, et la découverte d’un autre phénomène cosmologique connu sous le nom de phase de pulsar radio cinq mois plus tard.
Résoudre une énigme cosmologique
Pour les aider dans leur quête de réponses, les astronomes s’appuient en partie sur de puissants radiotélescopes comme l’énorme radiotélescope sphérique à ouverture de cinq cents mètres (FAST) en Chine pour suivre les FRB et d’autres activités dans l’espace lointain. À l’aide de FAST, les astronomes ont observé que FRB 20200428 et la phase de pulsar ultérieure provenaient de différentes régions dans le cadre du magnétar, ce qui suggère des origines différentes.
« FAST a détecté 795 impulsions en 16,5 heures sur 13 jours à partir de la source », a déclaré Weiwei Zhu, auteur principal de l’article de l’Observatoire astronomique national de Chine (NAOC). « Ces impulsions montrent des propriétés d’observation différentes des rafales observées à partir de la source. »
Cette dichotomie dans les modes d’émission de la région d’une magnétosphère aide les astronomes à comprendre comment et où les FRB et les phénomènes associés se produisent dans notre galaxie et peut-être aussi ceux à des distances cosmologiques plus éloignées.
Les impulsions radio sont des explosions électromagnétiques cosmiques, similaires aux FRB, mais émettent généralement une luminosité d’environ 10 ordres de grandeur inférieure à celle d’un FRB. Les impulsions ne sont généralement pas observées dans les magnétars mais dans d’autres étoiles à neutrons en rotation appelées pulsars. Selon Zhang, un auteur correspondant de l’article et directeur du Nevada Center for Astrophysics, la plupart des magnétars n’émettent pas d’impulsions radio la plupart du temps, probablement en raison de leurs champs magnétiques extrêmement puissants. Mais, comme ce fut le cas avec SGR J1935+2154, certains d’entre eux deviennent des pulsars radio temporaires après quelques activités d’éclatement.
Un autre trait qui différencie les rafales et les impulsions sont leurs « phases » d’émission, c’est-à-dire la fenêtre temporelle où l’émission radio est émise à chaque période d’émission.
« Comme les impulsions dans les pulsars radio, les impulsions du magnétar sont émises dans une fenêtre de phase étroite au cours de la période », a déclaré Zhang. « C’est l’effet « phare » bien connu, à savoir que le faisceau d’émission balaie la ligne de visée une fois par période et seulement pendant un court intervalle de temps à chaque période. On peut alors observer l’émission radio pulsée. »
Zhang a déclaré que le FRB d’avril 2020, et plusieurs rafales moins énergétiques plus tard, ont été émises dans des phases aléatoires non dans la fenêtre d’impulsion identifiée dans la phase du pulsar.
« Cela suggère fortement que les impulsions et les rafales proviennent de différents endroits dans la magnétosphère du magnétar, ce qui suggère des mécanismes d’émission éventuellement différents entre les impulsions et les rafales », a-t-il déclaré.
Implications pour les FRB cosmologiques
Une observation aussi détaillée d’une source de FRB galactique met en lumière les mystérieux FRB qui prévalent à des distances cosmologiques.
On a observé que de nombreuses sources de FRB cosmologiques – celles qui se produisent en dehors de notre galaxie – se répètent. Dans certains cas, FAST a détecté des milliers de rafales répétées provenant de quelques sources. Des recherches approfondies de périodicité au niveau des secondes ont été effectuées à l’aide de ces rafales dans le passé et jusqu’à présent, aucune période n’a été découverte.
Selon Zhang, cela jette un doute sur l’idée populaire selon laquelle les FRB répétitifs étaient alimentés par des magnétars dans le passé.
« Notre découverte que les rafales ont tendance à être générées dans des phases aléatoires fournit une interprétation naturelle de la non-détection de la périodicité des FRB répétitifs », a-t-il déclaré. « Pour des raisons inconnues, les rafales ont tendance à être émises dans toutes les directions à partir d’un magnétar, ce qui rend impossible l’identification des périodes à partir des sources FRB. »
Plus d’information:
Weiwei Zhu et al, Une phase de pulsar radio de SGR J1935 + 2154 fournit des indices sur le mécanisme FRB du magnétar, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.adf6198