Il est seulement le deuxième exemple connu à ce jour de sursaut radio rapide, ou Fast radio burst (FRB), hautement actif en permanence. Découvert en 2019 par le radiotélescope sphérique chinois FAST, plus grand radiotélescope à antenne unique au monde, FRB 190520 soulève aujourd’hui toute une série de questions, que posent les astronomes qui l’ont repéré et l’ont étudié dans un article publié mercredi 8 juin 2022 dans la revue Nature. Pourquoi émet-il des salves d'ondes radio fréquentes et continues, alors que plus de 95% de la centaine de FRB connus à ce jour ne se répètent pas ? Et quoi est due cette différence ?
En réalité, depuis la toute première détection des FRB en 2007, la liste des interrogations au sujet de ces émissions d’ondes radio très intenses et très brèves ne semble cesser de s’allonger. Avec une question principale en suspens : à quoi correspondent-elles ? En effet, si nous les attribuons à des explosions cosmiques, nous ignorons encore tout de leur nature et de leur origine. Toutefois, les astronomes s'accordent sur un point : les FRB viennent de galaxies très, très lointaines.
Des phénomènes extrêmes
Il ne fait pas non plus de doute qu'un FRB est la marque d’un phénomène extrême. Il peut émettre en quelques millisecondes l’équivalent de l’énergie émise par le Soleil en 80 ans ! Deux sources hypothétiques sont aujourd’hui avancées pour expliquer ces sursauts : des cataclysmes, comme des collisions entre des objets très denses et très massifs (la fusion entre deux trous noirs, deux étoiles à neutrons, ou un trou noir et une étoile à neutrons), ou des objets qui ont une émission radio périodique, tels que des étoiles à neutrons très massives avec des champs magnétiques intenses.
Grâce à une étude plus précise à l’aide du Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation, et à des observations directes avec le télescope optique Subaru à Hawaï, les chercheurs ont pu établir que FRB 190520 était objet à la périphérie d'une galaxie naine située à près de 3 milliards d'années-lumière de la Terre. Les observations du VLA ont également révélé que cet objet émettait constamment des ondes radio plus faibles entre les rafales. "Pendant des décennies, les astronomes ont pensé qu'il y avait deux types de sources radio observables dans l’Univers : les trous noirs supermassifs en accrétion et l'activité résultat de la formation d'étoiles. Aujourd'hui, nous affirmons qu'il n'est plus possible d’être si catégorique", rapporte à Sciences et Avenir Casey Law, astrophysicien à Caltech et co-auteur de l’article. "Il y a un 'nouveau venu en ville' et nous devrions le prendre en compte lorsque nous étudions les populations de sources radio dans l’Univers."
Un jumeau de FRB 121102
L’astrophysicien confie avoir été "extrêmement surpris" de constater que ce nouveau FRB était un parfait "jumeau" d'une découverte antérieure, FRB 121102, identifié en 2014 mais enregistré dès 2012. "Notre objet a donc confirmé que ce tout premier exemple n'était pas un coup de chance", assure Casey Law. Certains pensaient en effet que FRB 121102, une source récurrente mais non périodique de sursauts rapides (avec plus de 200 événements enregistrés entre fin 2012 et fin 2017), était associé à une source radio par coïncidence, émanant d'un objet sans rapport dans la même galaxie.
Dans l'ordre, une image en optique, en infrarouge et en ondes radio de FRB 190520. Crédits : Caltech/Subaru/MOIRCS/VLA
La découverte de FRB 121102 avait toutefois constitué une avancée majeure puisque grâce à lui, il fut possible d'obtenir les premières informations sur l'environnement et la distance d'un FRB. Reste que sa combinaison de rafales répétées et d'émissions radio persistantes entre les rafales avait fait de lui un spécimen à part. "Il s'agit maintenant d'expliquer pourquoi les FRB et les sources radio persistantes se retrouvent parfois ensemble. Est-ce fréquent lorsque les FRB sont jeunes ? Ou peut-être que l'objet qui produit les sursauts est un trou noir massif qui dévore en pagaille une étoile voisine ? Les théoriciens ont en tout cas maintenant beaucoup plus de détails avec lesquels travailler, réduisant ainsi les possibilités d'explication", s'interroge Casey Law.
Nouveau-né ?
Les astronomes ont émis l'hypothèse que FRB 190520 pourrait être un "nouveau-né", encore entouré de matière dense éjectée par l'explosion de la supernova qui a laissé derrière elle l'étoile à neutrons. Lorsque ce matériau finit par se dissiper, la dispersion des signaux de l'explosion diminue également. Selon ce scénario, les rafales répétées pourraient donc être une caractéristique des FRB jeunes et diminuer avec l'âge. "Le domaine des FRB évolue très rapidement en ce moment et de nouvelles découvertes sont faites chaque mois. Cependant, de grandes questions demeurent, et cet objet nous donne des indices stimulants sur ces questions", a déclaré Sarah Burke-Spolaor, de la WVU.
