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Pour la première fois, les astronomes ont lié de mystérieuses impulsions d’énergie appelées sursauts radio rapides (FRB) aux ondulations dans l’espace-temps émises par des étoiles effondrées et en collision. Les résultats, publiés le 27 mars dans la revue Astronomie naturelle (s’ouvre dans un nouvel onglet)propose une nouvelle explication pour les FRB, qui ont vexé les scientifiques pendant plus d’une décennie.
Les FRB sont des explosions massives d’énergie radio qui peuvent éclipser toutes les étoiles d’une galaxie entière combinées, tout en ne durant que quelques fractions de seconde. Bien que les FRB aient été découverts en 2007, leurs origines restent entourées de mystère. C’est en partie parce que, alors que certains FRB se répètent périodiquement, beaucoup apparaissent et disparaissent en quelques millisecondes.
Magnétars – les noyaux ultra-denses et effondrés d’étoiles explosées (connus sous le nom de étoiles à neutrons) avec de puissants champs magnétiques — sont les principaux candidats pour l’émission de FRB. Mais des observations récentes suggèrent qu’il peut y avoir plusieurs sources possibles, qui peuvent inclure des collisions d’étoiles à neutrons.
En avril 2019, le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) a détecté des ondulations dans l’espace-temps connues sous le nom de ondes gravitationnelles d’une fusion d’étoiles à neutrons désignée GW190425. Quelques heures plus tard, l’expérience canadienne de cartographie de l’intensité de l’hydrogène (CHIME) a repéré un FRB brillant et non répétitif de la même région de l’espace.
« Nous avons découvert qu’une rafale d’ondes radio, d’une durée d’un millième de seconde, a été générée deux heures et demie après la fusion de deux étoiles à neutrons, qui sont les restes extrêmement denses d’étoiles massives explosées », co-auteur de l’étude Clancy James (s’ouvre dans un nouvel onglet), un radioastronome de l’Université Curtin en Australie, a déclaré à Live Science par e-mail. « Notre théorie est que cette explosion d’ondes radio s’est produite parce que la fusion a créé une étoile à neutrons « supermassive » qui, lorsque sa rotation a ralenti, s’est effondrée en une trou noir. »
Alors que les fusions d’étoiles à neutrons ont été suggérées comme causes possibles des FRB dans le passé, les nouvelles observations fournissent la première preuve que la théorie peut être correcte. L’équipe a utilisé trois éléments d’information principaux pour établir ce lien.
« Premièrement, le moment des événements », a déclaré James ; le FRB est arrivé seulement 2,5 heures après le signal de l’onde gravitationnelle. Deuxièmement, l’emplacement du FRB était cohérent avec celui de l’onde gravitationnelle.
« Et troisièmement, la distance », a ajouté James. « C’est surtout la distance qui a aidé. »
Alors que la plupart des FRB arrivent de à des milliards d’années-lumière, les détecteurs d’ondes gravitationnelles tels que LIGO ne sont sensibles qu’à des distances d’environ 500 millions d’années-lumière. Ce FRB était inhabituellement proche, et sa distance estimée correspondait à celle estimée à partir de GW190425.
« Ce qui nous a surpris, c’est à quel point toutes les pièces se sont mises en place ! » dit James. « C’était une belle impulsion propre – exactement ce à quoi vous pourriez vous attendre d’un événement cataclysmique. »
Selon James, ces résultats indiquent qu’il existe au moins deux familles différentes de FRB : les FRB uniques provenant d’événements cataclysmiques tels que les fusions d’étoiles à neutrons, et répétition des FRB produit par des magnétars ou une autre source inconnue.
Cette découverte peut également affecter la compréhension des scientifiques des étoiles à neutrons, car elle suggère que la plus grande masse possible de ces restes stellaires pourrait être supérieure à ce qui est actuellement prévu.
« C’est parce que l’objet résultant de la fusion des deux étoiles à neutrons ne s’est pas immédiatement effondré dans un trou noir, mais pourrait temporairement résister à la gravité », a déclaré James. « En retour, cela nous dit quelque chose sur la nature fondamentale de la matière à des densités et des pressions extrêmes, que nous ne pouvons pas étudier ici sur Terre. Cela pourrait même être la preuve d’un nouveau type d’étoile – une étoile quark. »
L’équipe espère renforcer la relation entre les FRB et les fusions d’étoiles à neutrons alors que les observatoires d’ondes gravitationnelles du monde commencent de nouvelles observations ce printemps.
« Le prochain fonctionnement des observatoires d’ondes gravitationnelles, O4, commence en mai et CHIME et d’autres radiotélescopes comme le Murchison Widefield Array avec lequel je travaille attendent de voir s’il y a un FRB de toutes les fusions d’étoiles à neutrons qui sont vues », James a dit. « Nous commandons également un nouvel instrument pour détecter plus de FRB et les localiser dans leurs galaxies. Espérons que cela commencera à fonctionner sous peu !
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