De nouveaux indices pour comprendre des mystérieux signaux radio provenant de l’espace lointain

Grâce à deux télescopes à rayons X de la NASA, une équipe internationale de scientifiques, impliquant à Toulouse l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP/OMP – CNES/CNRS/UT3), a pu observer un magnétar émettant des fast radio bursts. Leur analyse permet de mieux comprendre comment se forment ces brèves – mais intenses – rafales d’ondes radio, qui dévoilent petit à petit leurs secrets. L’étude, co-signée par Sébastien Guillot, astronome-adjoint à l’Université Paul Sabatier de Toulouse, a été publiée dans la revue Nature le 14 février.

Capables de projeter sous la forme d’une impulsion d’ondes radio, autant d’énergie en  quelques millisecondes que le Soleil en un an, les fast radio bursts agitent la communauté scientifique depuis leur découverte, en 2007. Leur brève durée rend difficile la localisation de leur origine, qui se trouve habituellement aux confins de l’univers, hors de notre propre galaxie. Ce qui rend compliqué la compréhension de la formation de ce phénomène. 

Mais tout a basculé lorsqu’en 2020 un de ces sursauts radio rapides a été détecté… au sein de la Voie lactée ! Le signal provenait des restes d’une étoile  à la fin de son cycle de vie, un magnétar dénommé SGR 1935+2154. Les télescopes à rayons X NICER et NuSTAR de la NASA ont alors été orientés en sa direction afin d’observer « en direct » ces événements mystérieux et répétitifs. Cette vue sans précédent a permis aux scientifiques d’étudier la surface de l’objet source et son environnement immédiat, ouvrant la voie à une meilleure compréhension de ces phénomènes radio extrêmes.

En octobre 2022, ce même magnétar a produit un autre sursaut radio rapide, intégralement capté par les télescopes. Les observatoires impliqués dans l’étude ont étudié le magnétar pendant des heures, révélant des comportements jamais enregistrés auparavant. Le sursaut s’est produit entre deux glitches, des changements brusques de la rotation du magnétar. 

Les astronomes ont constaté que le magnétar a soudainement commencé à tourner plus vite, nécessitant une quantité significative d’énergie pour modifier sa vitesse de rotation. Les auteurs de l’étude ont été surpris de constater qu’entre les glitches, le magnétar a ralenti à une vitesse inférieure à sa vitesse avant le glitch en seulement neuf heures, soit une décélération 100 fois plus rapide qu’observé auparavant dans un magnétar après un glitch.  « Un tel changement de la rotation nous permet aussi de mieux comprendre la composition interne de cet objet, qui contient nécessairement une importante fraction de matériel superfluide », détaille Sébastien Guillot, astronome-adjoint à l’IRAP.

Compte tenu de leur densité interne élevée, de la force de leur champ gravitationnel, et de l’intensité de leur champ magnétique, les scientifiques cherchent à comprendre comment les magnétars arrivent à produire les fast radio bursts. Avant le sursaut radio rapide de 2022, le magnétar avait commencé à émettre des éruptions de rayons X et de rayons gamma, ce qui a incité les astronomes à diriger directement NICER et NuSTAR vers cet objet cosmique très actif. 

Une découverte qui n’a été possible « que grâce aux observations des satellites plusieurs fois par jour pendant deux semaines. Malheureusement, au moment exact du fast radio burst, la magnétar était occulté par la Terre donc nous n’avons pas pu l’observer », explique Sébastien Guillot.  « Nous continuons de chercher à comprendre ces mystérieux sursauts radio en effectuant des observations simultanées avec des radiotélescopes et avec NICER. » 

Prochaine étape pour continuer de percer les mystères entourant ces rafales radio : la mission franco-chinoise SVOM. Son objectif est l’étude des plus lointaines explosions d’étoiles, les sursauts gamma, mais ses instruments pourront également être mis à profit pour observer des fast radio bursts. Son lancement est prévu pour juin et l’un des dispositifs de la mission a été en partie développé à l’IRAP.

Ressources complémentaires

• Publication scientifique : Rapid spin changes around a magnetar fast radio burst by Chin-Ping Hu, Takuto Narita, Teruaki Enoto, George Younes, Zorawar Wadiasingh, Matthew G. Baring, Wynn C. G. Ho, Sebastien Guillot, Paul S. Ray, Tolga Güver, Kaustubh Rajwade, Zaven Arzoumanian, Chryssa Kouveliotou, Alice K. Harding & Keith C. Gendreau, Nature, 14 février 2024.
• Communiqués de Presse :
  • De nouveaux indices pour comprendre des mystérieux signaux radio provenant de l’espace lointain (Université Paul Sabatier de Toulouse)
  • NASA Telescopes Find New Clues About Mysterious Deep Space Signals (NASA)
• Revue de Presse :
  • Un sursaut radio rapide observé pile entre 2 glitchs d’un magnétar (Ca se passe là-haut)
  • Dead star ‘glitches’ could reveal the origins of fast radio bursts (Space.com)
  • Another Clue Into the True Nature of Fast Radio Bursts (Universe Today)

Contact IRAP

• Sébastien Guillot, Sebastien.Guillot@irap.omp.eu