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Les astronomes détectent le rythme régulier des ondes radio, avec des origines inconnues

Les astronomes détectent le rythme régulier des ondes radio, avec des origines inconnues

CHIME, illustré ici, se compose de quatre grandes antennes, chacune de la taille et de la forme d'un half-pipe de snowboard, et est conçu sans pièces mobiles. Plutôt que de pivoter pour se concentrer sur différentes parties du ciel, CHIME regarde fixement le ciel entier, à la recherche de sources de rafales radio rapides à travers l'univers. Crédit: CHIME Collaboration

Une équipe d'astronomes, y compris des chercheurs du MIT, a suivi un rythme curieux et répétitif de rafales radio rapides émanant d'une source inconnue à l'extérieur de notre galaxie, à 500 millions d'années-lumière.


Les rafales radio rapides, ou FRB, sont des éclairs courts et intenses d'ondes radio qui sont supposés être le produit de petits objets distants et extrêmement denses, bien que ce que ces objets puissent être est un mystère de longue date en astrophysique. Les FRB durent généralement quelques millisecondes, pendant lesquelles ils peuvent éclipser des galaxies entières.

Depuis que le premier FRB a été observé en 2007, les astronomes ont répertorié plus de 100 rafales radio rapides provenant de sources distantes dispersées à travers l'univers, en dehors de notre propre galaxie. Pour la plupart, ces détections étaient ponctuelles, clignotant brièvement avant de disparaître complètement. Dans une poignée d'exemples, les astronomes ont observé des éclats radio rapides à plusieurs reprises à partir de la même source, mais sans schéma perceptible.

Cette nouvelle source FRB, que l'équipe a cataloguée FRB 180916.J0158 + 65, est la première à produire un modèle périodique ou cyclique de rafales radio rapides. Le schéma commence par une fenêtre bruyante de quatre jours, pendant laquelle la source émet des rafales d'ondes radio aléatoires, suivies d'une période de silence radio de 12 jours.

Les astronomes ont observé que ce schéma de 16 jours de rafales radio rapides se reproduisait de façon constante sur 500 jours d'observations. "Cette FRB dont nous faisons état maintenant est comme une horloge", explique Kiyoshi Masui, professeur adjoint de physique au Kavli Institute for Astrophysics and Space Research du MIT. "C'est le modèle le plus définitif que nous ayons vu de l'une de ces sources. Et c'est un indice important que nous pouvons utiliser pour commencer à traquer la physique de ce qui cause ces éclairs lumineux, que personne ne comprend vraiment."

Masui est membre de la collaboration CHIME / FRB, un groupe de plus de 50 scientifiques dirigé par l'Université de la Colombie-Britannique, l'Université McGill, l'Université de Toronto et le Conseil national de recherches du Canada, qui exploite et analyse les données de la Hydrogen Intensity Mapping Experiment, ou CHIME, un radiotélescope en Colombie-Britannique qui a été le premier à capter les signaux de la nouvelle source FRB périodique.

La collaboration CHIME / FRB a publié aujourd'hui les détails de la nouvelle observation dans la revue La nature.

Une vue radio

En 2017, CHIME a été érigé à l'Observatoire fédéral de radioastrophysique en Colombie-Britannique, où il a rapidement commencé à détecter des éclats radio rapides des galaxies à travers l'univers, à des milliards d'années-lumière de la Terre.

CHIME se compose de quatre grandes antennes, chacune de la taille et de la forme d'un half-pipe de snowboard, et est conçue sans pièces mobiles. Plutôt que de pivoter pour se concentrer sur différentes parties du ciel, CHIME regarde fixement le ciel entier, en utilisant le traitement numérique du signal pour localiser la région de l'espace d'où proviennent les ondes radio entrantes.

De septembre 2018 à février 2020, CHIME a sélectionné 38 rafales radio rapides à partir d'une seule source, FRB 180916.J0158 + 65, que les astronomes ont retracées dans une région de barattage d'étoiles à la périphérie d'une immense galaxie spirale, à 500 millions d'années-lumière de Terre. La source est la source FRB la plus active que CHIME ait encore détectée, et jusqu'à récemment, c'était la source FRB la plus proche de la Terre.

Comme les chercheurs ont tracé chacune des 38 rafales au fil du temps, un modèle a commencé à émerger: une ou deux rafales se produiraient sur quatre jours, suivies d'une période de 12 jours sans aucune rafale, après quoi le modèle se répéterait. Ce cycle de 16 jours s'est produit encore et encore au cours des 500 jours pendant lesquels ils ont observé la source.

"Ces explosions périodiques sont quelque chose que nous n'avons jamais vu auparavant, et c'est un nouveau phénomène en astrophysique", explique Masui.

Scénarios d'encerclement

Le phénomène qui se cache derrière ce nouveau rythme extragalactique est une grande inconnue, bien que l'équipe explore certaines idées dans son nouvel article. Une possibilité est que les salves périodiques peuvent provenir d'un seul objet compact, comme une étoile à neutrons, qui est à la fois en rotation et en oscillation – un phénomène astrophysique connu sous le nom de précession. En supposant que les ondes radio émanent d'un emplacement fixe sur l'objet, si l'objet tourne le long d'un axe et que cet axe n'est pointé vers la direction de la Terre tous les quatre jours sur 16, alors nous observerions les ondes radio comme périodiques éclate.

Une autre possibilité implique un système binaire, comme une étoile à neutrons en orbite autour d'une autre étoile à neutrons ou d'un trou noir. Si la première étoile à neutrons émet des ondes radio et se trouve sur une orbite excentrique qui la rapproche brièvement du deuxième objet, les marées entre les deux objets pourraient être assez fortes pour provoquer la déformation et l'éclatement de la première étoile à neutrons avant de s'éloigner . Ce schéma se répéterait lorsque l'étoile à neutrons se replierait le long de son orbite.

Les chercheurs ont envisagé un troisième scénario, impliquant une source radio-émettrice qui fait le tour d'une étoile centrale. Si l'étoile émet un vent ou un nuage de gaz, chaque fois que la source passe à travers le nuage, le gaz du nuage pourrait périodiquement amplifier les émissions radio de la source.

"Peut-être que la source émet toujours ces rafales, mais nous ne les voyons que lorsqu'elle traverse ces nuages, car les nuages ​​agissent comme une lentille", explique Masui.

La possibilité peut-être la plus excitante est l'idée que ce nouveau FRB, et même ceux qui ne sont pas périodiques ou même répétitifs, peuvent provenir de magnétars – un type d'étoile à neutrons qui aurait un champ magnétique extrêmement puissant. Les détails des magnétars sont encore un peu mystérieux, mais les astronomes ont observé qu'ils libèrent parfois des quantités massives de rayonnement à travers le spectre électromagnétique, y compris l'énergie dans la bande radio.

"Les gens ont travaillé sur la façon de faire émettre des rafales radio rapides par ces magnétars, et cette périodicité que nous avons observée a depuis été intégrée à ces modèles pour comprendre comment tout cela s'imbrique", explique Masui.

Très récemment, le même groupe a fait une nouvelle observation qui soutient l'idée que les magnétars peuvent en fait être une source viable pour des rafales radio rapides. Fin avril, CHIME a capté un signal qui ressemblait à une rafale radio rapide, provenant d'un magnétar torché, à quelque 30 000 années-lumière de la Terre. Si le signal est confirmé, ce serait le premier FRB détecté dans notre propre galaxie, ainsi que la preuve la plus convaincante de magnétars comme source de ces mystérieuses étincelles cosmiques.


Rafale radio extrêmement intense détectée à partir du magnétar SGR 1935 + 2154


Plus d'information:
Amiri, M., Andersen, B., Bandura, K. et al. Activité périodique à partir d'une source de rafale radio rapide. La nature 582, 351–355 (2020). doi.org/10.1038/s41586-020-2398-2

Fourni par
Massachusetts Institute of Technology

Citation:
Des astronomes détectent le rythme régulier des ondes radio, dont l'origine est inconnue (2020, 17 juin)
récupéré le 17 juin 2020
depuis https://phys.org/news/2020-06-astronomers-regular-rhythm-radio-unknown.html

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