Les télescopes de la NASA révèlent les secrets des signaux mystérieux de l’espace lointain

Récemment, les observations effectuées par les télescopes à rayons X de la NASA ont offert des informations inédites sur les sursauts radio rapides (FRB), des événements cosmiques puissants et brefs qui ont intrigué les astronomes. En étudiant un sursaut radio rapide provenant d’un magnétar au sein de notre galaxie, les scientifiques ont contribué à améliorer notre compréhension de ces phénomènes, révélant des changements rapides dans le comportement des magnétars qui pourraient expliquer la génération des FRB.

En utilisant deux des télescopes à rayons X de l’agence, les chercheurs ont pu se concentrer sur le comportement erratique d’une étoile morte lorsqu’elle a émis une brève et lumineuse rafale d’ondes radio. Qu’est-ce qui cause ces mystérieuses rafales d’ondes radio en provenance de l’espace lointain? Les astronomes pourraient être plus proches de fournir une réponse à cette question. Récemment, deux télescopes à rayons X de la NASA ont observé un événement de ce type – connu sous le nom de sursaut radio rapide – quelques minutes avant et après son apparition. Cette vision inédite permet aux scientifiques de mieux comprendre ces événements radio extrêmes.

Bien qu’ils ne durent qu’une fraction de seconde, les sursauts radio rapides peuvent libérer environ autant d’énergie que le Soleil en une année. Leur lumière forme également un faisceau semblable à un laser, les distinguant des explosions cosmiques plus chaotiques.

La source des sursauts radio rapides

En raison de leur brièveté, il est souvent difficile de déterminer leur origine. Avant 2020, ceux qui avaient pu être retracés à leur source provenaient de l’extérieur de notre propre galaxie – trop loin pour que les astronomes puissent voir ce qui les avait créés. Ensuite, un sursaut radio rapide a éclaté dans la galaxie de notre Terre, provenant d’un objet extrêmement dense appelé magnétar – les restes effondrés d’une étoile explose.

Comprendre le comportement des magnétars

En octobre 2022, le même magnétar – appelé SGR 1935+2154 – a produit un autre sursaut radio rapide, étudié en détail par le NICER de la NASA (Neutron Star Interior Composition Explorer) à bord de la Station spatiale internationale et NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) en orbite terrestre basse. Les télescopes ont observé le magnétar pendant des heures, captant un aperçu de ce qui se passait à la surface de l’objet source et dans ses environs immédiats, avant et après le sursaut radio rapide. Les résultats, décrits dans une nouvelle étude publiée le 14 février dans la revue Nature, sont un exemple de la façon dont les télescopes de la NASA peuvent travailler ensemble pour observer et enquêter sur des événements très brefs dans le cosmos.

Le sursaut radio a eu lieu entre deux « glitches », lorsque le magnétar a soudainement commencé à tourner plus vite. SGR 1935+2154 est estimé à environ 20 kilomètres de diamètre et tourne environ 3,2 fois par seconde, ce qui signifie que sa surface se déplaçait à environ 11 000 km/h. Le ralentir ou l’accélérer nécessiterait une quantité d’énergie significative. C’est pourquoi les auteurs de l’étude ont été surpris de constater qu’entre les « glitches », le magnétar a ralenti jusqu’à moins de sa vitesse d’avant le « glitch » en seulement neuf heures, soit environ 100 fois plus rapidement que ce qui a été observé dans un magnétar.

« Typiquement, lorsqu’il y a des ‘glitches’, il faut des semaines ou des mois au magnétar pour retrouver sa vitesse normale », a déclaré Chin-Ping Hu, astrophysicien à l’Université nationale des sciences de l’éducation de Changhua à Taïwan et auteur principal de la nouvelle étude. « Il est donc clair que des choses se passent avec ces objets sur des durées beaucoup plus courtes que ce que nous pensions auparavant, et cela pourrait être lié à la génération des sursauts radio rapides. »

La physique des magnétars

Lorsqu’ils tentent de reconstituer exactement comment les magnétars produisent les sursauts radio rapides, les scientifiques ont de nombreuses variables à considérer.

Par exemple, les magnétars (qui sont un type d’étoile à neutrons) sont si denses qu’une cuillère à café de leur matériau pèserait environ un milliard de tonnes sur Terre. Une telle densité élevée signifie également une forte attraction gravitationnelle : une guimauve tombant sur une étoile à neutrons typique entrerait en collision avec la force d’une bombe atomique.

La forte gravité signifie que la surface d’un magnétar est un endroit instable, libérant régulièrement des rafales de rayons X et une lumière de plus haute énergie. Avant le sursaut radio rapide qui s’est produit en 2022, le magnétar avait commencé à libérer des éruptions de rayons X et de rayons gamma (des longueurs d’onde de lumière encore plus énergétiques) qui ont été observées dans le champ de vision périphérique des télescopes spatiaux de haute énergie. Cette augmentation d’activité a incité les opérateurs de mission à pointer NICER et NuSTAR directement vers le magnétar.

« Toutes ces rafales de rayons X qui ont eu lieu avant ce ‘glitch’ auraient, en principe, suffisamment d’énergie pour créer un sursaut radio rapide, mais elles ne l’ont pas fait », a déclaré Zorawar Wadiasingh, coauteur de l’étude et scientifique de recherche à l’Université du Maryland, College Park, et au Goddard Space Flight Center de la NASA. « Il semble donc que quelque chose a changé pendant la période de ralentissement, créant les bonnes conditions. »

Il pourrait s’être également passé avec SGR 1935+2154 pour produire un sursaut radio rapide. Un facteur peut être que l’extérieur d’un magnétar est solide et que la haute densité écrase l’intérieur dans un état appelé superfluide. De temps en temps, les deux peuvent se désynchroniser, comme de l’eau remuant à l’intérieur d’un aquarium tournant. Lorsque cela se produit, le fluide peut transférer de l’énergie à l’écorce. Les auteurs de l’étude pensent que c’est probablement ce qui a causé les deux « glitches » qui ont encadré le sursaut radio rapide.

Si le « glitch » initial a provoqué une fissure à la surface du magnétar, cela aurait pu libérer du matériau de l’intérieur de l’étoile dans l’espace comme une éruption volcanique. La perte de masse fait ralentir les objets qui tournent, c’est pourquoi les chercheurs pensent que cela pourrait expliquer la décélération rapide du magnétar.

Implications pour la recherche future

Mais n’ayant observé qu’un seul de ces événements en temps réel, l’équipe ne peut toujours pas dire avec certitude lesquels de ces facteurs (ou d’autres, comme le puissant champ magnétique du magnétar) pourraient conduire à la production d’un sursaut radio rapide. Certains pourraient ne pas être liés au sursaut radio rapide.

« Nous avons indubitablement observé quelque chose d’important pour notre compréhension des sursauts radio rapides », a déclaré George Younes, chercheur au Goddard et membre de l’équipe scientifique de NICER spécialisé dans les magnétars. « Mais je pense que nous avons encore besoin de beaucoup plus de données pour résoudre le mystère. »

Plus à propos de la Mission

Un mission Small Explorer dirigée par le Caltech et gérée par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA dans le sud de la Californie pour la Direction des missions scientifiques de l’agence à Washington, NuSTAR a été développé en partenariat avec l’Université Technique du Danemark et l’Agence spatiale italienne (ASI). Le vaisseau spatial a été construit par Orbital Sciences Corp. à Dulles, en Virginie. Le centre des opérations de la mission NuSTAR se trouve à l’Université de Californie à Berkeley, et l’archive officielle des données se trouve au NASA’s High Energy Astrophysics Science Archive Research Center du Goddard Space Flight Center de la NASA. L’ASI fournit la station au sol de la mission ainsi qu’une archive de données miroir. Caltech gère le JPL pour la NASA.