Les explosions radio rapides (FRB) sont devenues un axe majeur de recherche au cours de la dernière décennie. En radioastronomie, ce phénomène fait référence à des impulsions radioélectriques transitoires provenant de sources cosmologiques éloignées, qui ne durent généralement que quelques millisecondes en moyenne. Depuis que le premier événement a été détecté en 2007 (le «Lorimer Burst»), trente-quatre FRB ont été observés, mais les scientifiques ne savent toujours pas ce qui les provoque.
Avec des théories allant de l'explosion des étoiles et des trous noirs aux pulsars et magnétars - et même aux messages provenant d'intelligences extraterrestres (ETI) - les astronomes sont déterminés à en savoir plus sur ces signaux étranges. Et grâce à une nouvelle étude d'une équipe de chercheurs australiens, qui a utilisé l'Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), le nombre de sources connues de FRB a presque doublé.
L'étude qui détaille leurs recherches, récemment publiée dans la revue La nature, était dirigé par le Dr Ryan Shannon - un chercheur de l'Université de technologie de Swinburne et du Centre d'excellence OzGrav ARC - et comprenait des membres du Centre international de recherche en radioastronomie (ICRAR), de l'Australian Telescope National Facility (ATNF), de l'ARC Centre d'excellence pour l'astrophysique tout-ciel (CAASTRO) et plusieurs universités.
Comme ils l'indiquent dans leur étude, les tentatives de comprendre les FRB dans leur ensemble ont été entravées par un certain nombre de facteurs. D'une part, des recherches antérieures ont été menées avec des télescopes qui varient en termes de sensibilité, à une gamme de fréquences radio différentes et dans des environnements avec différents niveaux d'interférences radio - qui sont le résultat de l'activité humaine.
Deuxièmement, les recherches passées ont été compliquées par la nature transitoire des sources et la mauvaise résolution angulaire des instruments de détection, ce qui a entraîné une incertitude en ce qui concerne les sources de FRB et leur luminosité. Pour résoudre ce problème, l'équipe a mené une enquête radio à large champ bien contrôlée pour une série de rafales découvertes en 2016 et remontant à une galaxie naine située à 3,7 milliards d'années-lumière.
L’équipe a mené cette enquête à l’aide du réseau ASKAP, le télescope d’enquête radio le plus rapide au monde situé en Australie occidentale. Conçu et conçu par l'Organisation de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth (CSIRO), le réseau ASKAP est composé de 36 antennes paraboliques réparties sur une étendue de terrain mesurant 6 km (3,7 mi) de diamètre.
À l'aide de ce réseau, qui est le précurseur du futur télescope à matrice kilométrique carrée (SKA), l'équipe de recherche a étudié les rafales provenant de cette source cosmologique éloignée. En plus de trouver plus de FRB en une seule année que n'importe quelle enquête précédente, ils ont également observé que les signaux provenaient de sources beaucoup plus éloignées qu'on ne le pensait auparavant. Comme le Dr Shannon l'a expliqué dans un communiqué de presse de l'ICRAR:
«Nous avons trouvé 20 rafales radio rapides en un an, soit près du double du nombre détecté dans le monde depuis leur découverte en 2007. En utilisant la nouvelle technologie de l'Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), nous avons également prouvé que les radiations radio rapides viennent de l'autre côté de l'Univers plutôt que de notre propre voisinage galactique. »
Des observations de suivi menées entre 8 et 46 jours après les premières détections ont révélé qu'aucune des salves ne se répétait. Les 20 rafales qu'ils ont détectées comprenaient également les sources les plus proches jamais observées, sans parler des plus brillantes. Leurs résultats ont également démontré qu'il existe une relation entre la dispersion des rafales et la luminosité, ainsi que l'intensité et la distance.
La raison en est due au fait que des rafales plus éloignées voyagent pendant des milliards d'années-lumière avant d'atteindre la Terre. Au cours de leur voyage, ils traversent des matériaux situés entre la source et la Terre (comme des nuages de gaz), ce qui a un effet sur eux. Comme l'expliquait le Dr Jean-Pierre Macquart, du nœud de l'Université Curtin de l'ICRAR et co-auteur de l'article:
«Chaque fois que cela se produit, les différentes longueurs d'onde qui composent une rafale sont ralenties de différentes quantités. Finalement, la rafale atteint la Terre avec sa propagation de longueurs d'onde arrivant au télescope à des moments légèrement différents, comme des nageurs à une ligne d'arrivée. Le fait de chronométrer l'arrivée des différentes longueurs d'onde nous indique la quantité de matériau que l'éclat a traversé au cours de son voyage. Et parce que nous avons montré que les rafales radio rapides viennent de loin, nous pouvons les utiliser pour détecter toute la matière manquante située dans l'espace entre les galaxies, ce qui est une découverte vraiment passionnante. "
Grâce à ce dernier groupe de découvertes, les scientifiques comprennent maintenant que les FRB qui ont été détectés jusqu'à présent proviennent de l'autre côté du cosmos, plutôt que dans notre galaxie. Cependant, nous ne sommes pas encore plus près de déterminer ce qui les cause ou de quelles galaxies elles proviennent. Mais avec un échantillon de recherche qui comprend maintenant 48 détections, les chercheurs sont susceptibles d'en apprendre beaucoup plus dans les années à venir.
Pour le Dr Shannon et son équipe de recherche, le prochain défi sera de localiser avec précision les emplacements des éclats dans le ciel. "Nous serons en mesure de localiser les rafales à un millième de degré", a-t-il déclaré. "C'est à peu près la largeur d'un cheveu humain vu à dix mètres de distance, et assez bon pour attacher chaque éclat à une galaxie particulière."
Et dans l'intervalle, l'étude des FRB devrait également conduire à des percées majeures en astronomie. Déjà, une équipe de chercheurs du CSIRO a utilisé l'observatoire Parkes en Australie pour détecter un FRB en 2016, qui a ensuite été observé par plusieurs observatoires à travers le monde. En conséquence, l'équipe a pu identifier la source (une galaxie elliptique à 6 milliards d'années-lumière) et déterminer le décalage vers le rouge du signal.
Cet exploit sans précédent a permis à l'équipe de recherche de mesurer la densité de la matière intermédiaire entre cette galaxie et la Terre, ce qui a confirmé que nos modèles actuels de mesure de la densité de matière dans l'Univers sont corrects. En d'autres termes, l'équipe a pu trouver la «matière manquante» de l'Univers en utilisant des FRB comme mesure. Ou, comme l'a dit le Dr Jean-Pierre Macquart, maître de conférences à l'Université Curtin et l'un des scientifiques responsables de la découverte:
«[Les FRB] sont, en fait, des laboratoires de physique qui sondent des extrêmes de matière et d'énergie auxquels nous n'avons pas accès dans les laboratoires terrestres. Et c'est précisément ce type de physique qui entraînera les progrès technologiques futurs dans les générations à venir. »
Des recherches récentes ont également déterminé que les FRB sont un événement cosmologique très courant, se produisant environ une fois par seconde dans notre univers. Avec des outils d'observation puissants bientôt disponibles en ligne - comme le Square Kilometer Array (SKA), le Large Latin American Millimeter Array (LLAMA) et le Qitai 110m Radio Telescope - les scientifiques sont sûrs d'observer beaucoup plus de FBR dans un avenir proche.
Avec chaque nouvelle détection, nous en apprenons davantage sur les causes de ces flashs étranges et sur la façon dont ils pourraient être utilisés pour déverrouiller les mystères de notre univers. En attendant, n'oubliez pas de consulter cette interview avec le Dr Shannon et l'équipe de découverte, gracieuseté du CSIRO:
