Le radiotélescope sphérique chinois à ouverture de cinq cents mètres (FAST). Crédits : Bojun Wang, Jinchen Jiang et Qisheng Cui
Une équipe internationale fait un reportage à la radio pulsar phase d’un magnétar galactique qui a émis un sursaut radio rapide en 2020 ; les observations suggèrent des origines uniques pour les « rafales » et les « impulsions », ce qui s’ajoute à la théorie de la formation des FRB.
Plus de 15 ans après la découverte des sursauts radio rapides (FRB) – des explosions cosmiques de rayonnement électromagnétique d’une durée d’une milliseconde dans l’espace profond – les astronomes du monde entier ont parcouru l’univers pour découvrir des indices sur comment et pourquoi ils se forment.
Presque tous les FRB identifiés proviennent de l’espace lointain en dehors de notre voie Lactée galaxie. 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), un système dense de la taille d’une ville. étoile à neutrons avec un champ magnétique incroyablement puissant.
Cette découverte révolutionnaire a amené 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 un numéro récent de la revue Avancées scientifiquesune équipe internationale de scientifiques, dont l’astrophysicien de l’UNLV Bing Zhang, a rendu compte de la surveillance continue du SGR J1935+2154 après le FRB d’avril 2020 et de la découverte d’un autre phénomène cosmologique connu sous le nom de phase radio pulsar 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 cinq cents mètres d’ouverture (FAST) en Chine pour suivre les FRB et d’autres activités dans l’espace lointain. En utilisant FAST, les astronomes ont observé que FRB 20200428 et la phase ultérieure du pulsar provenaient de différentes régions dans le champ d’application du magnétar, ce qui laisse entrevoir 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 présentent des propriétés d’observation différentes des sursauts observés depuis 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 à des distances cosmologiques plus lointaines.
Comprendre les impulsions radio et les magnétars
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, 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.
Une autre caractéristique qui différencie les salves et les impulsions réside dans leurs « phases » d’émission, c’est-à-dire la fenêtre temporelle pendant laquelle l’émission radio est émise au cours de chaque période d’émission.
« Comme les impulsions des pulsars radio, les impulsions magnétar sont émises dans une fenêtre de phase étroite au cours de la période », a déclaré Zhang. « Il s’agit de 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 autres plus tard, des sursauts moins énergétiques ont été émis dans des phases aléatoires en dehors de la fenêtre d’impulsion identifiée dans la phase du pulsar.
« Cela suggère fortement que les impulsions et les sursauts proviennent de différents endroits de la magnétosphère du magnétar, ce qui suggère peut-être des mécanismes d’émission différents entre les impulsions et les sursauts », a-t-il déclaré.
Implications pour les FRB cosmologiques
Une observation aussi détaillée d’une source galactique de FRB met en lumière les mystérieux FRB prédominant à des distances cosmologiques.
De nombreuses sources de FRB cosmologiques – celles qui se produisent en dehors de notre galaxie – ont été observées se répéter. Dans certains cas, FAST a détecté des milliers de sursauts répétés provenant de quelques sources. Des recherches approfondies sur la 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 remet en question l’idée populaire selon laquelle les FRB à répétition étaient autrefois alimentés par des magnétars.
« Notre découverte selon laquelle les sursauts ont tendance à être générés 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 sursauts ont tendance à être émis dans toutes les directions à partir d’un magnétar, ce qui rend impossible l’identification des périodes à partir des sources FRB. »
