Découvertes pour la première fois en 2007, les éclairs radio rapides sont des flashs énigmatiques d’une milliseconde d’émission radio provenant de l’univers lointain. Leur origine reste incertaine, d’autant plus que la plupart sont observés une fois et jamais à nouveau. Des astronomes utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA ont localisé la galaxie hôte de la plus lointaine sursaut radio rapide (FRB) jamais vue à ce jour. Leur découverte a des implications sur le type d’événement énergétique qui génère ces sursagréments.
« Ce qui rend les explosions radio rapides intéressantes, c’est que nous ne savons pas ce qui les génère. Nous avons des théories sur les objets qui les produisent, mais nous n’avons pas de preuve concluante », a déclaré Manisha Caleb de l’Université de Sydney, auteure principale de l’étude publiée jeudi dans la revue Science.
L’équipe MeerTRAP a utilisé le télescope MeerKAT pour détecter la sursaut le 4 mars 2024, ce qui a conduit à sa désignation FRB 20240304B. Les données radio de cette explosion suggéraient qu’il était extrêmement éloigné, probablement le plus éloigné jamais vu à ce jour. Pour confirmer cette distance, cependant, les astronomes devaient étudier sa galaxie hôte. Bien qu’ils connaissaient très précisément l’emplacement du FRB, les plus grands télescopes terrestres du monde ne pouvaient voir aucune galaxie à cet endroit dans le ciel. En conséquence, l’équipe s’est tournée vers le télescope Webb.
L’instrument NIRCam (Near-Infrarouge Camera) de Webb a détecté une galaxie au bon endroit, et son instrument NIRSpec (Near-Infrarance Spectrograph) a fourni une mesure précise du décalage vers le rouge de la galaxie : 2,148, correspondant à une période seulement 3 milliards d’années après le Big Bang. La grande majorité des FRB détectés à ce jour s’est produite des milliards d’années plus tard dans l’histoire cosmique.
L’équipe a découvert que la galaxie hôte de FRB 20240304B n’était pas typique des autres galaxies avec FRB. La plupart des galaxies FRB sont des galaxies massives formant des étoiles, mais la galaxie qu’ils ont trouvée était 1 000 fois moins massive qu’ils ne l’avaient prévu.
« Nous pensions que ce serait une grande galaxie bien formée avec beaucoup d’étoiles, mais au lieu de cela, c’était une petite galaxie naine, bien qu’elle soit en train de former activement des étoiles », a déclaré Caleb.
« L’hôte se démarque dans tout l’échantillon de galaxie que nous avons. Et ce n’était certainement pas ce à quoi nous nous attendions », a déclaré Ben Stappers de l’Université de Manchester, Royaume-Uni, co-auteur de l’article. « Cette combinaison d’utiliser le projet MeerTRAP sur le télescope MeerKAT pour découvrir et localiser ces sursauts lointains et Webb pour étudier leurs hôtes est très excitante. »
La galaxie existait au sommet du « midi cosmique » – une période de l’histoire de l’univers où la formation stellaire était à son apogée. Le taux de formation stellaire de la galaxie suggérait que la majorité de ses étoiles se sont formées en seulement 30 millions d’années.
Cela a des implications importantes pour l’origine des sursauts radio rapides. Une théorie suggère que les FRB pourraient provenir de la fusion de deux étoiles à neutrons. Cependant, le processus de rapprochement progressive des étoiles à neutrons en orbite jusqu’à leur collision devrait durer des milliards d’années. En conséquence, on s’attendrait à ce que les FRB soient associés à des galaxies plus anciennes contenant des populations stellaires plus évoluées.
Une seconde théorie propose qu’une FRB puisse provenir d’une seule étoile à neutrons jeune et très magnétique appelée magnétar, via un mécanisme semblable aux séismes stellaires. Dans ce cas, une fois qu’une étoile massive explose en supernova et laisse derrière elle un magnétar, une FRB pourrait se produire relativement rapidement sans grand délai. En conséquence, on s’attendrait également à ce que les FRB se trouvent dans des galaxies plus jeunes comme l’hôte de FRB 20240304B.
« Nos travaux suggèrent qu’il est très peu probable que ce FRB ait été produit par une fusion », a déclaré Caleb.
« Nos résultats démontrent également l’incroyable capacité de Webb à repousser des limites au-delà de ce qui était auparavant possible », a déclaré Themiya Nanayakkara de l’Université de Sydney, en Australie.
En plus d’être un détenteur de records, le nouveau FRB a permis à l’équipe d’en apprendre davantage sur les milliards d’années-lumière d’espace apparemment vide entre l’explosion et la Terre.
« Une rafale radio rapide ressemble presque à une lampe torche cosmique. Elle éclaire tout le long du chemin. Elle porte une empreinte de tout ce qu’elle traverse, vous pouvez donc l’utiliser pour suivre la 'toile cosmique' – la matière et les structures autrement invisibles qu’elle rencontre en chemin », a déclaré le co-auteur J. Xavier Prochaska de l’Université de Californie à Santa Cruz.
L’équipe a trouvé l’empreinte de deux structures cosmiques sur le signal du FRB – un amas de galaxies jusque-là inconnu à un décalage vers le rouge de 0,3 (environ 3,5 milliards d’années-lumière de la Terre), et l’amas voisin de la Vierge, situé à environ 54 millions d’années-lumière de la Terre.
À l’avenir, l’équipe est enthousiaste à l’idée de découvrir des FRB plus lointains. Ils estiment que le télescope MeerKAT pourrait être capable de détecter et localiser plusieurs FRB par an à un décalage vers le rouge supérieur à 1,0, ce qui signifie qu’ils existaient depuis plus de la moitié du début de l’univers. À mesure que d’autres nouvelles installations et instruments de radiotélescopes seront opérationnels, ce rythme de découverte pourrait s’accélérer. Le télescope Webb sera essentiel pour caractériser ces galaxies hôtes lointaines.
Le télescope spatial James Webb est le principal observatoire scientifique spatial au monde. Webb résout des mystères dans notre système solaire, regarde au-delà vers des mondes lointains autour d’autres étoiles, et explore les structures mystérieuses et les origines de notre univers ainsi que notre place en son sein. Webb est un programme international dirigé par la NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et la CSA (Agence spatiale canadienne).
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Source: NASA · Communiqué original
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