Les télescopes de la NASA dévoilent les secrets des mystérieux signaux de l’espace lointain

À l’aide de deux télescopes à rayons X de l’agence, les chercheurs ont pu zoomer sur le comportement erratique d’une étoile morte alors qu’elle émettait une brève et brillante rafale d’ondes radio.

Qu’est-ce qui provoque de mystérieuses explosions d’ondes radio provenant de l’espace lointain ? Les astronomes pourraient être sur le point de fournir une réponse à cette question. Deux NASA Les télescopes à rayons X ont récemment observé un de ces événements – connu sous le nom de sursaut radio rapide – quelques minutes seulement avant et après qu’il se soit produit. Cette vision sans précédent place les scientifiques sur la voie d’une meilleure compréhension de ces événements radio extrêmes.

Bien qu’ils ne durent qu’une fraction de seconde, les sursauts radio rapides peuvent libérer autant d’énergie que le Soleil en un an. Leur lumière forme également un faisceau semblable à un laser, les distinguant des explosions cosmiques plus chaotiques.

La source des sursauts radio rapides

Les sursauts étant si brefs, il est souvent difficile de déterminer d’où ils viennent. Avant 2020, ceux dont la source était retrouvée provenaient de l’extérieur de notre propre galaxie – trop loin pour que les astronomes puissent voir ce qui les a créés. Puis un sursaut radio rapide a éclaté dans la galaxie natale de la Terre, provenant d’un objet extrêmement dense appelé magnétar – les restes effondrés d’une étoile explosée.

Comprendre le comportement du magnétar

En octobre 2022, le même magnétar – appelé SGR 1935+2154 – a produit un autre sursaut radio rapide, celui-ci étudié en détail par le NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) de la NASA sur la Station spatiale internationale et NuSTAR (Nuclear Spectroscopique Telescope Array) à basse température. Orbite terrestre. Les télescopes ont observé le magnétar pendant des heures, donnant un aperçu de ce qui s’est passé à la surface de l’objet source et dans ses environs immédiats, avant et après le sursaut radio rapide. Les résultats, décrits dans une nouvelle étude publiée le 14 février dans la revue Naturesont un exemple de la manière dont les télescopes de la NASA peuvent travailler ensemble pour observer et suivre des événements de courte durée dans le cosmos.

Dans une éjection qui aurait ralenti sa rotation, un magnétar est représenté en train de perdre de la matière dans l’espace dans le concept de cet artiste. Les lignes de champ magnétique puissantes et torsadées du magnétar (représentées en vert) peuvent influencer le flux de matière chargée électriquement provenant de l’objet, qui est un type d’étoile à neutrons. Crédit : NASA/JPL-Caltech

L’explosion s’est produite entre deux « pépins », lorsque le magnétar s’est soudainement mis à tourner plus vite. On estime que SGR 1935+2154 mesure environ 20 kilomètres de diamètre et tourne environ 3,2 fois par seconde, ce qui signifie que sa surface se déplaçait à environ 7 000 mph (11 000 km/h). Le ralentir ou l’accélérer nécessiterait une quantité d’énergie importante. C’est pourquoi les auteurs de l’étude ont été surpris de constater qu’entre deux pépins, le magnétar a ralenti à une vitesse inférieure à sa vitesse d’avant le pépin en seulement neuf heures, soit environ 100 fois plus rapidement que ce qui a jamais été observé dans un magnétar.

« En général, lorsque des problèmes surviennent, il faut des semaines ou des mois au magnétar pour revenir à sa vitesse normale », a déclaré Chin-Ping Hu, astrophysicien à l’Université nationale d’éducation Changhua à Taiwan et auteur principal de la nouvelle étude. « Il est donc clair que les choses se produisent avec ces objets sur des échelles de temps beaucoup plus courtes que ce que nous pensions auparavant, et cela pourrait être lié à la rapidité avec laquelle les sursauts radio sont générés. »

La physique des magnétars

Lorsqu’ils tentent de comprendre exactement comment les magnétars produisent des sursauts radio rapides, les scientifiques doivent prendre en compte de nombreuses variables.

Par exemple, les magnétars (qui sont un type d’étoile à neutrons) sont si denses qu’une cuillère à café de leur matière pèserait environ un milliard de tonnes sur Terre. Une densité aussi élevée signifie également une forte attraction gravitationnelle : une guimauve tombant sur un étoile à neutrons aurait un impact avec la force d’une première bombe atomique.

La forte gravité signifie que la surface d’un magnétar est un endroit volatil, libérant régulièrement des éclats de rayons X et de lumière de plus haute énergie. Avant le sursaut radio rapide survenu en 2022, le magnétar a commencé à libérer des éruptions de rayons X et de rayons gamma (des longueurs d’onde de lumière encore plus énergétiques) qui ont été observées dans la vision périphérique des télescopes spatiaux à haute énergie. Cette augmentation de l’activité a incité les opérateurs de mission à pointer NICER et NuSTAR directement au magnétar.

« Tous ces sursauts de rayons X qui se sont produits avant ce problème auraient eu, en principe, suffisamment d’énergie pour créer un sursaut radio rapide, mais ils ne l’ont pas fait », a déclaré Zorawar Wadiasingh, co-auteur de l’étude et chercheur à l’Université de Maryland, College Park et le Goddard Space Flight Center de la NASA. « Il semble donc que quelque chose ait changé pendant la période de ralentissement, créant ainsi les bonnes conditions. »

Qu’est-ce qui aurait pu se passer d’autre avec SGR 1935+2154 pour produire un sursaut radio rapide ? Un facteur pourrait être que l’extérieur d’un magnétar est solide et que la haute densité écrase l’intérieur dans un état appelé superfluide. Parfois, les deux peuvent se désynchroniser, comme l’eau ballotte à l’intérieur d’un bocal à poissons en rotation. Lorsque cela se produit, le fluide peut fournir de l’énergie à la croûte. Les auteurs de l’article pensent que c’est probablement ce qui a causé les deux problèmes qui ont limité la sursaut radio rapide.

Si le problème initial avait provoqué une fissure à la surface du magnétar, il aurait pu libérer des matériaux de l’intérieur de l’étoile dans l’espace, comme une éruption volcanique. La perte de masse entraîne le ralentissement des objets en rotation, les chercheurs pensent donc que cela pourrait expliquer la décélération rapide du magnétar.

Implications pour les recherches futures

Mais n’ayant observé qu’un seul de ces événements en temps réel, l’équipe ne peut toujours pas dire avec certitude lequel de ces facteurs (ou d’autres, comme le puissant champ magnétique du magnétar) pourrait conduire à la production d’un sursaut radio rapide. Certains pourraient ne pas être du tout connectés au sursaut.

« Nous avons incontestablement observé quelque chose d’important pour notre compréhension des sursauts radio rapides », a déclaré George Younes, chercheur à Goddard et membre de l’équipe scientifique NICER spécialisée dans les magnétars. « Mais je pense que nous avons encore besoin de beaucoup plus de données pour percer le mystère. »

En savoir plus sur la mission

Mission Small Explorer dirigée par Caltech et gérée par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud pour la direction des missions scientifiques de l’agence à Washington, NuSTAR a été développée en partenariat avec l’Université technique danoise et l’Agence spatiale italienne (ASI). Le vaisseau spatial a été construit par Orbital Sciences Corp. à Dulles, en Virginie. Le centre des opérations de mission de NuSTAR se trouve au Université de Californie, Berkeley, et les archives officielles des données se trouvent au Centre de recherche sur les archives scientifiques en astrophysique des hautes énergies de la NASA, au Goddard Space Flight Center de la NASA. ASI fournit la station au sol de la mission et une archive de données miroir. Caltech gère JPL pour la NASA.