La maison cosmique tranquille de l'explosion mystérieuse soulève plus de questions que de réponses



Nous les avons d'abord détectés. Ensuite, nous avons prouvé qu'ils venaient de l'espace. Nous avons ensuite localisé le lieu de naissance cosmique de l’un d’eux. Nous avons maintenant localisé celui d'un autre, rapprochant plus que jamais l'humanité de la résolution d'un autre mystère de l'univers. Les rafales rapides de radio (FRB) ont, depuis leur découverte il y a une décennie, confondu et confondu les astronomes. Ces étranges vagues d'ondes radio apparaissent dans le ciel de toutes les directions et leurs origines restent pour la plupart inconnues. Mais dans cette quête scientifique, chaque nouvel astronome de FRB détecte et étudie un casse-tête de plus qui tombe en place; Finalement, disent les experts, l’image complète sera révélée. «L'analogie est l'ascension d'une montagne», déclare James Cordes de l'Université Cornell. «Nous avons fait pas mal de chemin. Mais le sommet est encore bien au-dessus de nous. "

Dans l'édition du 27 juin du journal, les astronomes dirigés par Keith Bannister de l'Organisation de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth (CSIRO) en Australie ont franchi une autre étape cruciale vers ce sommet. L’équipe a annoncé qu’elle avait réussi à localiser la FRB à quelque 3,6 milliards d’années-lumière de la Terre, la deuxième découverte de ce type. Ensuite, en 2017, la première maison d'un FRB – appelée FRB 121102 – a été localisée dans une région de formation d'étoiles dans une galaxie naine légèrement plus proche de nous, à seulement trois milliards d'années-lumière de nous. Il existe toutefois deux différences majeures curieuses cette fois-ci. Contrairement à son prédécesseur, ce dernier FRB, connu sous le nom de FRB 180924, ne se répète pas, ce qui rend la localisation particulièrement délicate. De plus, et peut-être plus important encore, le FRB le plus récent provient d'un type de galaxie très différent, ce qui pourrait avoir des implications majeures sur la manière dont les FRB sont créés.

"Le domicile de FRB 180924 est très différent de la seule autre galaxie hôte connue", explique Bannister. «C’est environ 1000 fois plus grand que cette galaxie, ou un peu plus petit que la Voie Lactée, et c’est vraiment intéressant. Parce que la première galaxie (hébergement FRB) qui a été découverte était former très vigoureusement des étoiles. C’est donc une grande galaxie et il est un peu étonnant qu’elle puisse former une FRB, car nous pensions que les FRB venaient d’endroits exceptionnels. Ce que nous constatons ici, c’est que des galaxies plutôt bénignes, d’aspect normal, peuvent aussi produire des FRB. "

Le premier FRB était par David Narkevic, alors étudiant au premier cycle en physique, par l'astronome Duncan Lorimer et leurs collègues, utilisant le radiotélescope Parkes en Australie. En étudiant des données de 2001, ils ont repéré une rafale lumineuse d’ondes radio d’une durée de cinq millisecondes, semblant provenir d’une région du ciel proche du Petit nuage de Magellan, une galaxie naine satellite de la Voie lactée. En peu de temps, d’autres équipes d’astronomes ont commencé à trouver leurs propres FRB dans les données de Parkes. Un lot ultérieur révélé en 2013 laissait entendre que les FRB étaient de véritables phénomènes cosmiques, certains semblant se produire aussi loin que possible. Au fur et à mesure que les détections se sont accumulées, il est devenu évident que les FRB, quels qu'ils soient, n'étaient certainement pas rares, mais se produisaient régulièrement dans tout le ciel. Le voyage ardu des astronomes depuis le camp de base avait commencé.

Les théories sur ce qui les a provoquées ont également évolué au fur et à mesure que les FRB se sont accumulés. «Nous avons longtemps plaisanté en disant qu'il y avait plus de modèles de FRB que de FRB détectés», déclare Shami Chatterjee de Cornell. Les interférences radio d'origine humaine (telles que les signaux errants des satellites aériens ou même des fours à micro-ondes à proximité) ont été l'une des premières suggestions, en particulier parce que, à l'époque, tous les FRB connus n'avaient été retrouvés que via le télescope Parkes. Cette théorie a été annulée lorsque des scientifiques ont commencé à trouver des FRB, tels que le radiotélescope géant de l'observatoire d'Arecibo. à Porto Rico, qui a découvert FRB 121102, les sources terrestres étant éliminées, les astronomes se sont concentrés sur des explications plus lointaines, spéculant que les FRB pourraient être des ronds de trous noirs en voie de disparition ou même des transmissions intergalactiques de civilisations extraterrestres.

FRB 121102 compliqué questions, cependant, quand en 2016, il a été démontré. Cette répétition impliquait une implication importante: certains FRB – peut-être tous – ne pourraient pas être causés par des événements cataclysmiques ponctuels tels que des collisions d'étoiles ou des trous noirs expirants. Au lieu de cela, ils devraient émerger de processus non destructifs, tels que des explosions rares d'étoiles à neutrons en rotation rapide et généralement nouvelles-nées, dotées de champs magnétiques extrêmement puissants. Maintenant, FRB 180924 a encore compliqué les choses, car sa source semble être une galaxie relativement calme et ressemblant à la Voie Lactée, remplie d’étoiles anciennes, par opposition à la FRB localisée antérieure, où les magnétars seraient plus susceptibles d’être trouvés. "Pour cette raison, vous ne préféreriez pas vraiment le modèle Magnétar", déclare Bannister. "Cette observation ne l'exclut pas, mais elle soulève certainement la question de savoir si ce modèle est utile dans ce cas." Au lieu de cela, note Bannister, une variété encore plus exotique de modèles d'explosion d'étoiles à neutrons ou de collision ponctuelle peut être requise.

Identifier l'emplacement de ce FRB n'était pas une mince affaire. Pour un FRB répété, les astronomes savent exactement où regarder avec des télescopes pour surveiller, puis assurent le suivi de chaque flash individuel. Mais pour localiser les FRB non répétés, les chercheurs doivent observer de gros morceaux du ciel nocturne pour en détecter un, puis explorer rapidement avec d'autres télescopes. Dans ce cas, Bannister et son équipe ont utilisé pour la première fois les 36 antennes du radiotélescope australien Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) pour repérer la FRB, puis se tourner vers le très grand télescope au Chili et les télescopes Keck sur Mauna Kea à Hawaii observations supplémentaires qui ont révélé sa galaxie hôte. (Il convient de noter que FRB 180924 peut très bien être répété, mais à des échelles de temps et d'intensités qui empêchent actuellement toute détection ultérieure. Quoi qu'il en soit, le défi de le localiser est le même.)

Avec des études détaillées sur les FRB nécessitant autant de télescopes, on peut se demander pourquoi des efforts aussi intenses seraient justifiés. La réponse est que ces explosions mystérieuses pourraient être utilisées comme sondes uniques de la matière entre les galaxies. Au fur et à mesure que les ondes radioélectriques des FRB se propagent sur Terre, elles traversent des traînées de gaz ionisé qui existent dans l’espace intergalactique et se déforment en fonction combien de choses ils rencontrent en cours de route. «Les ondes radio de la rafale sont affectées par cela», a déclaré Ryan Shannon de la Swinburne University of Technology en Australie, co-auteur du nouveau document. «Nous sommes fondamentalement capables de compter toute la densité d’électrons le long de la ligne de mire. Et cela nous permet de mesurer la densité totale du matériau. "

En localisant de plus en plus de FRB, les astronomes espèrent en apprendre davantage sur le phénomène lui-même, mais aussi sur l'univers en général, en construisant ces événements insaisissables en tant que sondes d'une puissance sans précédent sur la structure et l'évolution cosmiques. «Un échantillon de deux n'est pas très utile», déclare Emily Petroff de l'Université d'Amsterdam. Malgré tout, dit-elle, "il est en fait très intéressant que les deux premières galaxies hôtes identifiées ne puissent être plus différentes les unes des autres."

Plusieurs projets sont maintenant axés sur la recherche de plus en plus de FRB, notamment le radio-télescope de l'expérience canadienne de cartographie de l'intensité de l'hydrogène (CHIME). Cependant, nombreux sont ceux qui manquent de la précision d'ASKAP, ce qui signifie qu'il reste encore beaucoup à faire pour retrouver les sources et les causes fondamentales des BRA. «Je dirais que ce résultat est complémentaire à CHIME», déclare Cherry Ng de l'Université de Toronto, membre de l'équipe CHIME de FRB-hunt. «La capacité de localisation de CHIME est limitée. À lui seul, il est impossible de localiser la galaxie hôte. ASKAP peut rencontrer moins de FRB, mais ils sont en mesure de fournir une localisation précise. ”

Pour le moment, le mystère FRB persiste, mais les scientifiques affirment qu’ils se rapprochent de plus en plus d’une percée. Les astronomes de CHIME et d'autres projets prévoient la découverte de centaines de FRB supplémentaires en 2019 seulement. Le fait que cette prédiction soit peut-être plutôt conservatrice témoigne de la rapidité avec laquelle le champ a explosé en une décennie seulement. Le sommet sera peut-être à portée de main le plus tôt possible. «Nous ne parlons pas de décennies», dit Chatterjee. «Dans quelques années, nous aurons tout un tas de ces localisations. Ensuite, c’est aux théoriciens de proposer des mécanismes. "

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