Un mystérieux sursaut radio rapide répété est localisé dans un endroit très inattendu

Un sursaut radio rapide (FRB) répétitif récemment découvert, baptisé FRB 20200120E, vient épaissir le mystère de ces signaux spatiaux déjà fort mystérieux.

Les astronomes l’ont localisé dans une galaxie située à 11,7 millions d’années-lumière, ce qui en fait le sursaut radio rapide extragalactique connu le plus proche, 40 fois plus proche que le signal extragalactique le plus proche.

Mais il apparaît également dans un amas globulaire – un groupe d’étoiles très anciennes, ce qui n’est pas le genre d’endroit où l’on pourrait s’attendre à trouver le type d’étoile qui émet des FRB.

Sa découverte suggère un mécanisme de formation différent pour ces étoiles, ce qui laisse penser que les FRB pourraient émerger d’un éventail d’environnements plus large que nous le pensions.

Les FRB inquiètent les scientifiques depuis la découverte du premier d’entre eux en 2007. Il s’agit de signaux extrêmement puissants provenant de l’espace lointain, à des millions d’années-lumière, certains dégageant plus d’énergie que 500 millions de soleils et n’étant détectés que dans les longueurs d’onde radio.

Pourtant, ces sursauts sont étonnamment brefs, plus courts qu’un clignement d’œil – de simples millisecondes – et la plupart d’entre eux ne se répètent pas, ce qui les rend très difficiles à prévoir, à retracer et donc à comprendre.

En analysant la structure fine de ces signaux radio, les astronomes se sont concentrés sur le type d’objet qu’ils pensaient pouvoir être à l’origine de ces signaux, les objets compacts tels que les étoiles à neutrons constituant la principale théorie.

Puis, en 2020, une percée massive a eu lieu. Un FRB a finalement été détecté à l’intérieur de la Voie lactée, émis par un magnétar.

Les magnétars – dont peu ont été confirmés à ce jour – sont un type rare d’étoiles à neutrons, le noyau effondré d’une étoile morte dont la masse initiale était comprise entre 8 et 30 fois celle du Soleil. Les étoiles à neutrons sont petites et denses, d’un diamètre d’environ 20 kilomètres (12 miles), avec une masse maximale d’environ deux soleils.

Les magnétars, comme leur nom l’indique, ajoutent autre chose au mélange : un champ magnétique absolument dément – environ un quadrillion de fois plus puissant que le champ magnétique de la Terre, et mille fois plus puissant que celui d’une étoile à neutrons normale.

Cela nous ramène à FRB 20200120E. Il s’agit d’une minorité parmi les FRB – un FRB qui répète ses éclats – mais à part cela, il correspond parfaitement au profil.

Mais comme il se répète, les astronomes ont pu plus facilement localiser l’endroit du ciel d’où il provient. En analysant d’autres propriétés du signal, ils ont pu déterminer qu’il avait parcouru une distance relativement courte.

Cela les a conduits en 2021 à une galaxie spirale de grand style appelée M81, bien qu’avec un certain degré d’incertitude. Plus précisément, les chercheurs pensaient avoir suivi le FRB 20200120E jusqu’à un amas globulaire.

Dans une étude publiée dans Nature cette semaine, une équipe d’astronomes a confirmé cette localisation.

Voici pourquoi c’est un problème. Les amas globulaires sont des groupes compacts d’étoiles qui ont tendance à être très anciennes et à vivre longtemps, ainsi qu’à être de faible masse, aucune ne dépassant la masse du Soleil. On pense que toutes leurs étoiles se sont formées en même temps à partir du même nuage de gaz ; comme dans une petite ville, ces étoiles vivent ensuite ensemble leur existence, généralement tranquille.

Les étoiles à neutrons, comme nous l’avons mentionné précédemment, ont tendance à se former à partir d’étoiles de masse plus élevée, qui ont également tendance à avoir une durée de vie beaucoup plus courte sur la séquence principale (combustion de l’hydrogène) – celles de type OB. En règle générale, on ne s’attend donc pas à trouver des étoiles à neutrons ou des magnétars dans un amas globulaire.

“Nous rapportons ici des observations qui ont permis de localiser le FRB dans un amas globulaire associé à M81, où il se trouve à 2 parsecs du centre optique de l’amas”, écrivent les chercheurs dans leur article.

“Les amas globulaires accueillent de vieilles populations stellaires, ce qui remet en question les modèles de FRB qui invoquent de jeunes magnétars formés dans une supernova à effondrement de cœur.”

N’ayez crainte, cependant – car il existe un précédent intéressant.

De temps à autre, on découvre qu’un amas globulaire abrite un type d’étoile à neutrons en rotation rapide, appelé pulsar milliseconde. Les amas globulaires étant si densément peuplés, les étoiles peuvent interagir et même entrer en collision les unes avec les autres, produisant des objets tels que des binaires X de faible masse et des pulsars.

Selon l’équipe de recherche, cela introduit d’autres mécanismes intéressants pour la formation de magnétars, au-delà de la supernova à effondrement du cœur d’une étoile massive. Une naine blanche de faible masse interagissant avec une autre étoile et accrétant de la matière provenant de celle-ci pourrait gagner suffisamment de masse pour s’effondrer en une étoile à neutrons ; ou deux naines blanches pourraient fusionner, dans le même but.

Il est également possible que la source du FRB ne soit pas du tout un magnétar, mais une binaire X de faible masse, comme une naine blanche et une étoile à neutrons, ou une étoile à neutrons et une exoplanète. Il pourrait également s’agir d’un trou noir en accrétion.

Les preuves de ces explications manquent – il n’y a pas d’activité de rayons X ou gamma qui accompagne généralement ces systèmes – mais elles ne peuvent pas être exclues.

Quelle que soit la réponse, il semble que le FRB 20200120E soit prêt à faire bouger les choses. Soit il nous apprendra quelque chose de nouveau sur les interactions entre étoiles dans les amas globulaires, soit il nous donnera un nouveau canal de formation pour les FRB.

Étant donné qu’il s’agit d’un FRB répétitif, si proche de nous, il représente une rare opportunité de sonder ces signaux mystérieux en détail.

Les résultats sont publiés dans Nature.

Une version antérieure de cet article a été publiée en juin 2021, lorsque l’étude était une préimpression.

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Source : Science Alert – Traduit par Anguille sous roche