Une succession de sursauts radio rapides venue d’un environnement extrême

La source extragalactique de sursauts radio rapides se trouve dans une région astrophysique soumise à un champ magnétique d’une puissance exceptionnelle

De nouvelles détections d’ondes radio provenant d’une succession de sursauts radio rapides ont mis au jour un champ magnétique d’une puissance exceptionnelle dans l’environnement de la source, indiquant ainsi qu’elle se trouve à proximité d’un trou noir massif ou dans une nébuleuse d’une puissance inouïe.

Cette découverte réalisée par une équipe internationale d’astronomes, dont Victoria Kaspi et Shriharsh Tendulkar, de l’Université McGill, a fait l’objet d’un article publié dans l’édition du 11 janvier 2018 de la revue Nature, qui lui a réservé une place en page couverture.

Il y a un an, les astronomes ont repéré la source du mystérieux sursaut radio rapide FRB 121102 et révélé qu’elle se trouvait dans une région formatrice d’étoiles d’une galaxie naine située à plus de trois milliards d’années-lumière de la Terre. La grande distance à laquelle se trouve la source permet de croire qu’elle dégage une quantité phénoménale d’énergie à chaque sursaut – presque autant en une seule milliseconde que l’énergie dégagée par le Soleil au cours d’une journée entière.

À l’aide de données recueillies par l’observatoire d’Arecibo (à Porto Rico) et par le radiotélescope de Green Bank (en Virginie-Occidentale), les chercheurs ont maintenant démontré que les sursauts radio du FRB 121102 sont très polarisés. Le comportement de cette émission polarisée permet aux scientifiques de recourir à de nouvelles méthodes pour étudier l’environnement de la source.

Polarisation et rotation de Faraday

Lorsque des ondes radio polarisées traversent une région où se trouve un champ magnétique, la polarisation est déformée par un effet appelé « rotation de Faraday » : plus le champ magnétique est puissant, plus la rotation est accentuée. L’intensité de la rotation observée dans le cas des sursauts radio du FRB 121102 étant l’une des plus importantes jamais mesurées pour une source radio, les chercheurs ont conclu que les sursauts traversent un champ magnétique extrêmement puissant dans un plasma dense.

« Lorsque j’ai lu le courriel de mes collègues décrivant les résultats de leurs travaux, je n’en croyais pas mes yeux », affirme Victoria Kaspi, professeure de physique à l’Université McGill et directrice de l’Institut spatial de McGill. « Ce type de gigantesque rotation de Faraday est extrêmement rare. Une fois l’information assimilée, nous nous sommes rendu compte qu’elle constituait un précieux indice sur l’endroit où se trouve cette source mystérieuse. »

L’existence de cet environnement exceptionnellement magnétisé pourrait notamment tenir au fait que le FRB 121102 est situé à proximité d’un trou noir massif dans sa galaxie hôte. Ces plasmas hautement magnétisés ont été observés près du centre de la Voie lactée, qui possède son propre trou noir massif. Selon les auteurs, la rotation des sursauts radio pourrait également être attribuable à la position du FRB 121102 dans une puissante nébuleuse (nuage de gaz et de poussières interstellaires) ou parmi les restes d’une étoile morte.

Découverts récemment, les sursauts radio rapides constituent une catégorie d’événements astrophysiques fugaces émanant des profondeurs de l’espace extragalactique. Leur composition physique demeure un mystère. Le FRB 121102 est le seul sursaut radio rapide que l’on sait capable de se répéter, et cette caractéristique a amené les membres de la communauté scientifique à se demander si son origine était différente de celle des autres sursauts. « Le FRB 121102 possédait déjà un caractère unique en raison de sa capacité à se répéter, mais la gigantesque rotation de Faraday que nous avons observée constitue un autre caractère distinctif de ce sursaut. Nous sommes curieux de découvrir si ces deux particularités sont liées », souligne Daniele Michilli, doctorant à l’Université d’Amsterdam et à l’Institut de radioastronomie des Pays-Bas (ASTRON).

De nouveaux télescopes à la rescousse

Grâce à de nouveaux radiotélescopes à grand champ, les astronomes s’attendent à découvrir cette année de nombreuses autres sources qui leur permettront de répondre à des questions fondamentales sur les sursauts radio rapides.

« Le télescope CHIME, à Penticton, en Colombie-Britannique, devrait se révéler un excellent instrument de détection de sursauts radio rapides », estime Shriharsh Tendulkar, chercheur postdoctoral à l’Institut spatial de McGill. « Lorsqu’il sera mis en service, en 2018, il devrait être en mesure de détecter des sursauts radio rapides – de quelques-uns à quelques dizaines – chaque jour. »

Article à paraître dans Nature :

L’article « An extreme magneto-ionic environment associated with fast radio burst source FRB121102 », par D. Michilli et coll., a été publié dans la revue Nature le 11 janvier 2018. DOI :

10.1038/nature25149 https://www.nature.com/nature/journal/v553/n7686/index.html

Vidéo sur les sursauts radio rapides et le télescope CHIME: https://www.youtube.com/watch?v=TOvKxSQ-Etg&t=3s

Les chercheurs de l’Université McGill ont reçu le soutien financier de la Chaire d’astrophysique et de cosmologie Lorne Trottier, du Programme des chaires de recherche du Canada, du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, de l’Institut canadien de recherches avancées et du Centre de recherche en astrophysique du Québec du Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies.

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Crédit photo :

Le radiotélescope de 305 mètres d’Arecibo, à Porto Rico, ainsi que la plateforme des récepteurs radio suspendue au-dessus de l’antenne. L’éclair de la source FRB 121102 est illustrée. La source de l’éclair est émise d’une région extragalactique lointaine, au-delà de la Voie lactée. Crédits: conception de l’image: Danielle Futselaar – Photographie: Brian P. Irwin / Dennis van de Water / Shutterstock.com

Personnes-ressources :

Pre Victoria Kaspi, Institut spatial de McGill/Université McGill
vkaspi@physics.mcgill.ca

Shriharsh Tendulkar, Ph. D., Institut spatial de McGill/Université McGill
shriharsh@physics.mcgill.ca

Chris Chipello, Relations avec les médias, Université McGill
Tél. : 514 398-4201
christopher.chipello@mcgill.ca