Une vue d'artiste des FRB, les sursauts radio rapides. © Jingchuan Yu Beijing Planetarium, NRAO
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Le radiotélescope Chime a quadruplé les détections de sursauts radio rapides !

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Les sursauts radio rapides (Fast Radio Bursts, ou FRB en anglais) sont des phénomènes encore mystérieux révélés par la radioastronomie et derrière lesquels se cachent peut-être des astres exotiques inconnus relevant peut-être d'une nouvelle physique. Les astrophysiciens ont donc entrepris de les chasser et aujourd'hui le radiotélescope canadien Chime en a déjà détecté plus de 530.

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[EN VIDÉO] La radioastronomie surprend des galaxies lointaines en train de donner naissance à des étoiles  Grâce à l’International Low Frequency Array (LOFAR), un large réseau de 70.000 radiotélescopes répartis sur l’Europe, les astronomes ont obtenu des images époustouflantes de la jeunesse de notre Univers. Des dizaines de milliers de galaxies capturées au moment où elles formaient des étoiles. Cette vidéo propose de survoler une partie du ciel étudié. © Jurgen de Jong, Université de Leiden 

Il y a environ 50 ans, l'essor de la radioastronomie, de l'astronomie gamma et de celle des rayons X permettait respectivement la découverte des pulsars, des sursauts gamma et enfin des disques d'accrétion autour des trous noirs stellaires dans des systèmes binaires. En 2007, ce fut encore au tour de la radioastronomie de faire la découverte d'un phénomène étonnant et qui, à ce jour, reste encore l'une des énigmes du cosmos observable : les sursauts radio rapides (Fast Radio Bursts, ou FRB en anglais).

Encore appelés « sursauts Lorimer », du nom de leur découvreur, les FRB sont des signaux transitoires où l'équivalent de toute l'énergie rayonnée par le Soleil dans le visible pendant une année semble libéré en quelques millisecondes tout au plus dans le domaine radio. Lors de leur découverte grâce à de nouvelles analyses d'archives de données collectées par le radiotélescope de Parkes, en Australie, il n'était pas encore clair de savoir s'il s'agissait de quelque chose de nouveau ou seulement de signaux parasites. Cette hypothèse fut finalement réfutée et les premières estimations fiables des distances des sources des FRB en faisaient clairement des phénomènes extragalactiques, ce qui impliquait donc que l'énergie dégagée en un temps aussi court devait être énorme pour être repérable d'aussi loin.

La possibilité de faire la découverte de nouveaux astres exotiques a bien sûr motivé les astrophysiciens pour faire la lumière sur la nature des objets et de la physique derrière les FRB, ce qui impliquait d'en détecter de nombreux, notamment pour trouver des cas de corrélation possible avec un autre phénomène astrophysique notable, une supernova par exemple. 

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 apparaissent alors. Cliquez ensuite sur la roue dentée à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © McGill University

Plus de 9.000 FRB par jour ?

Or, en 2018, il y a eu l'inauguration d'un nouveau radiotélescope d'envergure à l'Observatoire fédéral de radioastrophysique, en Colombie-Britannique, au Canada. Appelé « Expérience canadienne de cartographie de l'intensité de l'hydrogène », ou, en anglais, Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, et donc, en abrégé, Chime, il a plusieurs objectifs.

Le premier, et le plus important sans doute, est de cartographier les masses d'hydrogène neutre à l'échelle au minimum intergalactique via la fameuse raie à 21 cm, une raie spectrale émise par cet atome et qui avait déjà permis de révéler la structure de notre Voie lactée. Le radiotélescope devrait nous permettre d'obtenir une carte en trois dimensions de la densité d'hydrogène, qui sera utilisée à son tour pour mesurer l'évolution de l'expansion de l'Univers, alors que celui-ci avait entre 2,5 et 7 milliards d'années.

La raie à 21 cm est aussi une raie à une fréquence de 1.420 mégahertz (MHz), mais comme elle est décalée vers le rouge par l’expansion de l’Univers, elle tombe, pour nous, sur Terre, aujourd'hui, dans une bande de 400 à 800 MHz. Il se trouve que cette bande permet aussi d'étudier les sursauts radio rapides justement et aujourd'hui les astrophysiciens utilisant Chime font savoir qu'ils ont détecté déjà en une année 533 nouveaux FRB. Environ 140 étaient connus auparavant, ce qui veut donc dire que la population détectée de ces événements a été multipliée par presque quatre et ce n'est qu'un début.

D'ores et déjà il se confirme que les FRB sont bien distribués de façon aléatoire et uniforme sur la voûte céleste, ce qui confirme bien que ceux détectés à ce jour sont extragalactiques. Dans le cas contraire, ils seraient rassemblés essentiellement dans le plan galactique sur cette voûte.

On constate également qu'il existe bien deux classes de FRB, ceux qui ne semblent pas se répéter, les plus nombreux, et ceux qui se répètent, dont Chime a débusqué 18 d'entre eux. Ces derniers se distinguent aussi par le fait qu'ils durent légèrement plus longtemps et ont un spectre plus étroit de fréquence.

Au final, il apparaît qu'avec un instrument comme Chime, au moins 9.000 FRB seraient détectables par jour en couvrant complètement la voûte céleste.

Pour en savoir plus

Détectez bientôt des sursauts radio galactiques avec votre smartphone

Article de Laurent Sacco publié le 27/02/2017

Un groupe d'astrophysiciens vient d'avoir une idée brillante : quelques milliers de possesseurs de smartphone répartis sur Terre, avec l'application adéquate, pourraient se transformer en radioastronomes continuellement à l'affût d'un éventuel sursaut radio rapide dans la Voie lactée.

Il est souvent question depuis quelques années de la découverte des sursauts radio rapides, appelés en anglais Fast radio bursts ou FRB. Ils ne durent qu'un millième de seconde et ils n'ont jusqu'ici été détectés que par de grands radiotélescopes comme celui d'Arecibo, le plus emblématique d'entre eux. La nature des FRB n'est pas bien connue, si bien que certains astrophysiciens se demandent s'il ne s'agirait pas, potentiellement, d'une découverte aussi importante que celle des pulsars ou des quasars. Peut-être s'agit-il par exemple, de la signature d'explosions d'étoiles de Planck.

Les FRB semblent se produire dans des galaxies lointaines mais rien ne nous permet d'affirmer qu'ils ne pourraient pas survenir dans la Voie lactée, tout comme les supernovae. Mais comme ces événements seraient rares à l'échelle humaine, il est possible qu'on les ait d'abord découverts dans le monde extragalactique. Bien évidemment, l'observation avec toute la batterie des télescopes actuels, qui vont des ondes gravitationnelles aux neutrinos, d'un FRB dans notre Galaxie pourrait être spectaculaire et avec des implications importantes pour la physique et l'astrophysique fondamentale.

Un FRB dans la Voie lactée d’ici 30 ans ?

Comme les FRB se produisent dans une bande radio accessible aux smartphones, un groupe d'astrophysiciens s'est demandé si les possesseurs de ces téléphones ne pourraient pas servir collectivement sur la planète de radioastronomes, comme ils l'expliquent dans un article déposé sur arXiv. L'intensité du signal d'un FRB dans la Voie lactée serait en effet bien plus élevée en raison de sa proximité. Il suffirait donc d'une application surveillant la bande de fréquences appropriée et capable d'envoyer un signal d'alerte en cas de détection d'un signal intriguant. Avec des radioastronomes citoyens répartis sur toute la planète, une telle détection permettrait rapidement d'éliminer un bruit de fond local ou un biais instrumental.

Mais quelles seraient les chances d'observer un tel événement ? Pour des raisons statistiques, les astronomes estiment qu'ils devraient observer une supernova dans la Voie lactée d'ici 50 ans. Mais comme la nature exacte des FRB n'est pas bien connue, il est difficile de faire des estimations solides. Les chercheurs pensent cependant que l'on pourrait en observer un au sein de notre Galaxie d'ici 30 à 1.500 ans. Certes, ces chiffres sont un peu décourageants mais comme il a été récemment découvert qu'un FRB pouvait se répéter, ils sont peut-être exagérément pessimistes.


Arecibo détecte un mystérieux sursaut radio rapide venu de l’espace

Article de Xavier Demeersman publié le 06/05/2014

Une poignée d'énigmatiques sursauts radio ultrarapides ont été détectés depuis 2007 par un observatoire en Australie. Un autre de ces événements, identifié cette fois à Arecibo, sur l'île de Porto Rico, a calmé les sceptiques. Bien que leur distance reste difficile à déterminer de même que la nature de leur source, si l'existence de ces sursauts se confirme, elle représenterait une découverte astrophysique majeure de ce nouveau siècle.

Depuis quelques années, les scientifiques sont confrontés à une nouvelle énigme astrophysique. D'étranges sursauts radio qui ont la particularité d'être très rapides (quelques millièmes de seconde) sont émis par des sources lointaines et encore inconnues. Depuis leur découverte en 2007, ils sont appelés FRB (fast radio bursts) ou « sursauts Lorimer », du nom de leur découvreur. Dans un premier temps, ces phénomènes (une poignée) furent exclusivement détectés par un radiotélescope basé en Australie.

Dans ces circonstances, le doute était permis quant à leur existence tangible. Après tout, il pouvait s'agir d'artefacts d'origine terrestre, comme cela a été plusieurs fois suggéré par les sceptiques. Toutefois, la détection le 2 novembre 2012 à 6 h 35 TU d'un sursaut d'une durée de trois millisecondes par la célèbre grande antenne de 305 mètres de diamètre d'Arecibo à Porto Rico n'a pas manqué d'attirer l'attention. Aux premières loges, le professeur Duncan Lorimer (université de Virginie-Occidentale, États-Unis) rappelle à ce propos que « lorsque vous faites une nouvelle découverte, il est très important qu'elle soit confirmée par d'autres groupes [de chercheurs] utilisant d'autres instruments ».

Les sursauts radio rapides, des phénomènes puissants et distants

Nommé FRB 121 102, le plus récent de ces sursauts radio interceptés à Arecibo présente des caractéristiques comparables aux six précédents, lesquels furent tous identifiés sur des relevés du ciel effectué avec le radiotélescope (64 m de diamètre) de l'observatoire de Parkes en Australie : puissant, très rapide et sans répétitio

Après l’Australie, c’est au tour de Porto Rico de repérer un sursaut Lorimer, ou fast radio burst en anglais, grâce à l’antenne d’Aceribo, à l’image. © Université de Durham

Pour tenter de déterminer la distance du phénomène, les astrophysiciens ont cherché à mesurer sa dispersion, c'est-à-dire le délai d'arrivée des émissions radio, lesquelles sont ralenties par des interférences dans le milieu interstellaire comme les vastes nuages de gaz ionisés. Le plus souvent retardées, les plus grandes longueurs d'onde suivent ainsi les autres plus courtes d'une infime fraction de seconde... Aussi, si les interprétations sont justes, il apparaît que l'événement est extérieur à notre Galaxie et distant de plusieurs milliards d'années-lumière« Mon intuition a toujours été qu'ils sont extragalactiques, témoigne l'auteur de leur découverte. Mais à ce stade, ce n'est rien de plus qu'une hypothèse. » En effet, les chercheurs ne peuvent pas exclure que les nébuleuses de la Voie lactée, dont les électrons font obstacle, soient sous-estimées et que des cas particuliers d'étoiles à neutrons -- par exemple les radio rotating transients ou RRT découverts en 2006 -- en soient à l'origine.

Plus de théories que de sursauts observés !

Pour l'instant, faute de données, le mystère reste entier. Pour l'éclaircir, les astronomes attendent de surprendre l'un de ces rayonnements fulgurants en direct. Dans l'espoir, entre autres, d'identifier une éventuelle galaxie hôte et pourquoi pas sa source. En attendant, les propositions fusent. « Il y a plus de théories que de sursauts », s'amuse le professeur Lorimer dans son article publié le 10 avril dernier sur arxiv. Les scientifiques ont donc le choix entre les magnétars, les collisions entre étoiles à neutrons, l'évaporation de trous noirs primordiaux ou encore les blitzars. Ce dernier cas encore jamais observé signerait la formation d'un trou noir par effondrement d'une étoile à neutrons suffisamment massive dont la rotation est relativement lente... Un très bon candidat pour expliquer ces méconnus sursauts radio ultrarapides.

Comme le suggère Shrinivas Kulkarni, chercheur à Caltech, « si la découverte de sursauts radio rapides [...] est confirmée par d'autres observatoires, elle serait monumentale, comparable à celle des sursauts gamma, voire des pulsars ». Soyons patients.

En consultant des données collectées dans les longueurs d'onde radio du Petit Nuage de Magellan (galaxie naine dans le voisinage de la Voie lactée), l'astrophysicien Duncan Lorimer a identifié pour la première fois en 2007 un sursaut radio de moins de cinq millisecondes. Leur galaxie hôte et leur origine demeurent inconnus. © Duncan Lorimer, NRAO, AUI, NSF

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