Une vue du mythique radiotélescope d'Arecibo. © NSF

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Un sursaut radio rapide serait une étoile à neutrons proche d'un trou noir supermassif

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Les sursauts radio rapides, ou FRB, intriguent depuis leur découverte. L'une des vedettes du genre est FRB 121102, plongé dans un champ magnétique très intense, ce qui trahit peut-être la véritable nature de ces objets. Il pourrait s'agir d'étoiles à neutrons aux abords d'un trou noir supermassif.

Découverts en 2007 dans les archives collectées par le radiotélescope de Parkes, en Australie, les sursauts radio rapides ne cessent depuis d'intriguer. Ils sont extrêmement brefs, quelques millièmes de seconde tout au plus, ce qui indique que leurs sources ne peuvent être de grande taille. La vitesse de la lumière, en effet, impose une limite à la propagation des phénomènes modifiant un astre dans un temps donné. On estime pourtant qu'ils proviennent d'évènements violents qui libèrent, peut-être pendant ce bref laps de temps et dans le domaine radio, autant d'énergie que le Soleil en un jour.

Les astrophysiciens ont du mal à les faire entrer dans le cadre des explications astrophysiques conventionnelles, tout comme ce fut le cas, naguère, pour les sursauts gamma. C'est pourquoi il était important de les localiser. Se trouvent-ils dans la Voie lactée ou sont-ils des objets proprement cosmologiques associés à des phénomènes extragalactiques ? Peut-on les associer à des astres et à d'autres évènements énergétiques dans d'autres longueurs d'onde, par exemple dans le visible ou dans le domaine des rayons X et gamma ? Ces informations sont vitales pour faire le tri entre plusieurs hypothèses qui vont de la technosignature de civilisations E.T. à celle d'explosions d'étoiles de Planck.

Le télescope Gemini North a finalement permis de débusquer dans le visible la contrepartie du sursaut radio rapide FRB 121102. © Gemini Observatory, AURA, NSF, NRC

Une étoile à neutrons plongée dans un champ magnétique colossal ?

Or, justement, l'un de ces sursaut radio rapides, ou FRB (pour Fast Radio Burst), qui, de plus, se répète, a pu être à peu près localisé. Il s'agit de FRB 121102, qui, comme son nom l'indique, a été détecté le 2 novembre 2012, dans la constellation du Cocher (Auriga en latin) avec le radiotélescope d'Arecibo. Il n'est pas dans la Voie lactée mais plutôt dans une région où la formation d'étoiles est importante, à environ trois milliards d'années-lumière de notre Galaxie. Ce FRB fait depuis l'objet d'une attention toute particulière. Il revient aujourd'hui sur le devant de la scène grâce à une publication dans le journal Nature provenant d'une équipe internationale d'astronomes, dont Victoria Kaspi et Shriharsh Tendulkar, de l'université McGill, à Montréal, au Canada.

Les chercheurs ont mobilisé les radiotélescopes des observatoires d'Arecibo (à Porto Rico) et de Green Bank (en Virginie-Occidentale aux États-Unis), pour mesurer plus précisément les caractéristiques des signaux émis par FRB 121102. Ils ont découvert qu'ils étaient polarisés, très fortement même, mais surtout que cette polarisation évoluait très rapidement dans le temps.

Cette image d'artiste montre, en bas à droite du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, le pulsar PSR J1745-2900, une étoile à neutrons. Il doit être situé à environ une demi-année-lumière du trou noir central, loin du disque d'accrétion en forme de tore contenant de la poussière et du plasma. Dans ce disque, des phénomènes magnétohydrodynamiques engendrent un puissant champ magnétique dont les lignes de champs sont représentées en bleu. © Bill Saxton, NRAO-AUI-NSF

Rappelons qu'une onde électromagnétique peut être décrite par un vecteur champ électrique, une sorte de flèche de grandeur variable et qui oscille perpendiculairement à la direction de la propagation de l'onde. Mais, a priori, cette flèche peut aussi changer d'orientation dans le plan perpendiculaire à cette direction. L'extrémité de la flèche peut par exemple se déplacer en décrivant un cercle et on parle alors de polarisation circulaire. Si la direction de la flèche reste selon une droite, la polarisation est dite linéaire.

Dans le cas de FRB 121102, c'est ce mode de polarisation qui est apparu... sauf que la direction de cette droite changeait au cours du temps, et même rapidement. Pour un astrophysicien, c'est le signe de ce que l'on appelle l'effet Faraday, du nom de Michael Faraday (1791-1867), le physicien et chimiste britannique, connu pour ses travaux fondamentaux dans les domaines de l'électromagnétisme et l'électrochimie. Cela signifie que l'environnement dans lequel le sursaut radio s'est produit est le siège d'un champ magnétique qui fait changer la direction de la polarisation circulaire, tout en conservant sa nature, et en l'occurrence que ce champ est particulièrement intense et très rapidement variable.

Il existe au moins une explication possible à ce phénomène selon les astrophysiciens. FRB 121102 serait produit par une étoile à neutrons plongée dans le champ magnétique et le plasma entourant l'environnement proche d'un trou noir supermassif, ce que est observé, par exemple, autour de celui de notre Voie lactée.

Est-ce le début de la fin de l'énigme pour les sursauts radio rapides ? Peut-être... Leur étude va en tout cas se poursuivre car il devrait statistiquement en apparaître des milliers chaque jour sur la voûte céleste. En 2018, entrera en particulier en service le télescope Chime, à Penticton, en Colombie-Britannique. Il est particulièrement bien adapté à l'étude des FRB.

Une vidéo de présentation du radiotélescope Chime. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © McGill University

  • Découverts en 2007, les sursauts radio rapides, ou FRB, pourraient être la manifestation de phénomènes exotiques et encore inconnus, comme l'explosion d'étoile de Planck.
  • FRB 121102, un sursaut qui se répète à des milliards d'années-lumière de la Voie lactée, semble installé dans une région de très petite taille où règne un champ magnétique très intense qui trahit sa présence par effet Faraday.
  • Ces changements rapides de la polarisation des émissions suggèrent la présence d'une étoile à neutrons très proche d'un trou noir supermassif accrétant de la matière.
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