L’astronome Calvin Leung était ravi l’été dernier d’analyser les données d’un radiotélescope récemment mis en service pour identifier avec précision l’origine des sursauts répétés d’ondes radio intenses – appelés sursauts radio rapides (FRB) – émanant de quelque part dans la constellation nord de la Petite Ourse.
Leung, bénéficiaire d’une bourse postdoctorale Miller à l’Université de Californie à Berkeley, espère éventuellement comprendre les origines de ces sursauts mystérieux et les utiliser comme sondes pour retracer la structure à grande échelle de l’univers, clé de son origine et de son évolution. Il avait écrit la majeure partie du code informatique qui lui permettait, à lui et à ses collègues, de combiner les données de plusieurs télescopes pour trianguler la position d’une explosion à un cheveu près, à bout de bras.
L’enthousiasme s’est transformé en perplexité lorsque ses collaborateurs de l’Expérience canadienne de cartographie de l’intensité de l’hydrogène (CHIME) ont allumé des télescopes optiques sur place et ont découvert que la source se trouvait à la périphérie lointaine d’une galaxie elliptique morte depuis longtemps qui, de toute évidence, ne devrait pas contenir le genre d’étoiles pensait produire ces sursauts.
Au lieu de trouver un « magnétar » attendu (une étoile à neutrons en rotation hautement magnétisée, issue de l’effondrement du noyau d’une jeune étoile massive), « la question était maintenant : comment allez-vous expliquer la présence d’un magnétar à l’intérieur de cette vieille étoile ? , galaxie morte ? » dit Leung.
Les jeunes restes stellaires qui, selon les théoriciens, produisent ces sursauts d’ondes radio d’une milliseconde auraient dû disparaître depuis longtemps dans cette galaxie vieille de 11,3 milliards d’années, située à 2 milliards d’années-lumière de la Terre et pesant plus de 100 milliards de fois la masse du soleil.
« Ce n’est pas seulement le premier FRB découvert en dehors d’une galaxie morte, mais comparé à tous les autres FRB, c’est aussi le plus éloigné de la galaxie à laquelle il est associé. L’emplacement du FRB est surprenant et soulève des questions sur la façon dont de tels événements énergétiques peuvent se produire dans régions où aucune nouvelle étoile ne se forme », a déclaré Vishwangi Shah, doctorant à l’Université McGill de Montréal, au Canada, qui a affiné et étendu les calculs initiaux de Leung sur l’emplacement de l’éclatement, appelé FRB. 20240209A.
Shah est l’auteur correspondant de une étude de la FRB publié dans Lettres de journaux astrophysiques avec un deuxième article par des collègues de la Northwestern University à Evanston, Illinois.
Leung, co-auteur des deux articles, est l’un des principaux développeurs de trois télescopes compagnons, appelés stabilisateurs, du réseau radio CHIME original situé près de Penticton, en Colombie-Britannique. Il a encadré Shah à McGill tandis que Leung était étudiant au doctorat au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et a ensuite obtenu une bourse postdoctorale Einstein à l’UC Berkeley avant sa bourse Miller.
Nouveau stabilisateur CHIME en Californie
Un troisième réseau radio à balancier sera mis en ligne cette semaine à l’observatoire de Hat Creek, une installation du nord de la Californie, anciennement détenue et exploitée par l’UC Berkeley et désormais gérée par le SETI Institute de Mountain View. Ensemble, les quatre réseaux amélioreront considérablement la capacité de CHIME à localiser avec précision les FRB.
« Lorsqu’ils sont associés aux trois stabilisateurs, nous devrions être en mesure de localiser avec précision un FRB par jour dans sa galaxie, ce qui est important », a déclaré Leung. « C’est 20 fois mieux que CHIME, avec deux réseaux de stabilisateurs. »
Grâce à cette nouvelle précision, les télescopes optiques peuvent pivoter pour identifier le type de groupes d’étoiles (amas globulaires, galaxies spirales) qui produisent les sursauts et, espérons-le, identifier la source stellaire. Sur les quelque 5 000 sources détectées à ce jour, dont plus de 95 % ont été détectées par CHIME, peu ont été isolées dans une galaxie spécifique, ce qui a entravé les efforts visant à confirmer si les magnétars ou tout autre type d’étoile en étaient la source.
Comme détaillé dans le nouvel article, Shah a fait la moyenne de nombreuses rafales du FRB répétitif pour améliorer la précision de localisation fournie par le réseau CHIME et un réseau de stabilisateurs en Colombie-Britannique. Après sa découverte en février 2024, les astronomes ont enregistré 21 sursauts supplémentaires jusqu’au 31 juillet. Depuis la soumission de l’article, Shion Andrew du MIT a incorporé les données d’un deuxième balancier à l’observatoire de Green Bank en Virginie occidentale pour confirmer la position publiée par Shah avec 20 fois la précision.
« Ce résultat remet en question les théories existantes qui lient les origines du FRB aux phénomènes des galaxies en formation d’étoiles », a déclaré Shah. « La source pourrait se trouver dans un amas globulaire, une région dense d’étoiles anciennes et mortes en dehors de la galaxie. Si elle est confirmée, cela ferait du FRB 20240209A seulement le deuxième FRB lié à un amas globulaire. »
Elle a cependant noté que l’autre FRB originaire d’un amas globulaire était associé à une galaxie vivante, et non à un vieil elliptique dans lequel la formation d’étoiles avait cessé il y a des milliards d’années.
« Il est clair qu’il reste encore beaucoup de possibilités de découverte passionnantes en ce qui concerne les FRB et que leurs environnements pourraient détenir la clé pour percer leurs secrets », a déclaré Tarraneh Eftekhari, titulaire d’une bourse postdoctorale Einstein à Northwestern et premier auteur du deuxième. papier.
« CHIME et ses télescopes à balancier nous permettront de faire de l’astrométrie à un niveau inégalé par le télescope spatial Hubble ou le télescope spatial James Webb. Ce sera à eux de creuser pour trouver la source », a ajouté Leung. « C’est un radiotélescope incroyable. »
Plus d’informations :
Vishwangi Shah et al, Une source de rafales radio rapides et répétitives à la périphérie d’une galaxie quiescente, Les lettres du journal astrophysique (2025). DOI : 10.3847/2041-8213/ad9ddc
T. Eftekhari et al, La galaxie hôte elliptique massive et silencieuse du sursaut radio rapide à répétition FRB 20240209A, Les lettres du journal astrophysique (2025). DOI : 10.3847/2041-8213/ad9de2