Le télescope James-Webb a retrouvé l'origine d'un puissant signal radio venu du fond de l'Univers : la surprise est de taille

Un article dans Science fait le buzz au sujet d'une découverte faite par une équipe internationale d'astronomes en combinant des observations du réseau de radiotélescopes MeerKAT, en Afrique du Sud, et du télescope spatial James-Webb. Ils ont identifié la galaxie hôte de FRB 20240304B, un sursaut radio rapide émis il y a 10,6 milliards d'années, lorsque l'Univers n'avait qu'environ 3 milliards d'années, et détecté sur Terre le 4 mars 2024 comme son nom l'indique. Il s'agit du FRB le plus lointain dont la galaxie d'origine a été identifiée à ce jour.

MeerKAT avait bien permis de localiser le FRB sur la voûte céleste, mais les télescopes terrestres se montraient incapables de lui associer un objet sur cette même voûte (les observations réalisées par exemple avec les télescopes Keck n'ayant révélé aucune galaxie à sa position). Cela a conduit les astronomes à tenter d'en débusquer un avec le James-Webb en supposant qu'il était trop lointain et donc trop peu lumineux pour une détection au sol. Le télescope spatial a finalement bien révélé dans l'infrarouge une source peu lumineuse, une galaxie naine qui plus est. 

La caméra proche infrarouge (NIRCam) du télescope spatial James-Webb de la Nasa a permis de détecter la galaxie hôte du sursaut radio rapide nommé FRB 20240304B, dont l'emplacement est indiqué par la croix blanche. Il s'est avéré qu'il s'agit d'une petite galaxie naine en pleine formation d'étoiles. © Nasa, ESA, CSA, STScI, Themiya Nanayakkara (USYD) ; Traitement de l'image : Joseph DePasquale (STScI)

Des sursauts radio rapides énigmatiques

On parle régulièrement, depuis une dizaine d'années, de ces sursauts radio rapides (Fast Radio Bursts, ou FRB en anglais), encore appelés « sursauts Lorimer », du nom de leur découvreur.

Ils se présentent généralement comme des signaux transitoires, où l'équivalent de toute l'énergie rayonnée par le Soleil dans le visible pendant une année semble libéré en quelques millisecondes tout au plus dans le domaine radio. Leur découverte a initialement été faite grâce à de nouvelles analyses d'archives de données collectées par le radiotélescope de Parkes, en Australie.

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Pendant un temps, on ignorait si l'on se trouvait en présence de quelque chose de nouveau ou seulement de signaux parasites. Mais on a finalement démontré qu'il s'agissait bien de nouvelles sources radio en dehors de la Voie lactée. Toufefois, il n'est pas encore clairement compris ni établi de quels phénomènes ou astres ces FRB proviennent et il y a eu plusieurs spéculations à ce sujet.

L'augmentation du nombre de sursauts radio rapides détectés par les télescopes a créé début janvier 2019 un « buzz » dans les médias. Pourtant, ces signaux venus de l'espace sont connus des astronomes depuis 2007. Chiara Ferrari, chercheuse au laboratoire Lagrange (CNRS – UNS –OCA), nous explique ce que les scientifiques savent de ces « objets » et comment ils pourraient les aider à révolutionner leur connaissance de l’Univers. © Université Côte d'Azur

« Ce qui rend les sursauts radio rapides intéressants, c'est que nous ignorons ce qui les génère. Nous avons des théories sur les objets qui les produisent, mais nous ne disposons d'aucune preuve concluante », explique dans un communiqué de la Nasa Manisha Caleb, de l'Université de Sydney, auteure principale de l'étude publiée.

La galaxie hôte du FRB 20240304B fournit tout de même quelques indices.

Nous savons qu'il s'agit d'une galaxie naine d'environ 10 millions de masses solaires, particulièrement pauvre en éléments lourds et caractérisée par une intense formation stellaire. Elle est 1 000 fois moins massive que ce à quoi s'attendaient les astrophysiciens, car d'ordinaire les FRB sont majoritairement détectés dans des grandes galaxies.

Enfin, et surtout, on l'observe pendant la fameuse époque du « midi cosmique », une période de l'histoire de l'Univers marquée par un pic de formation stellaire, ce qui, en fait, signifie que la galaxie est majoritairement constituée de jeunes étoiles.

Les magnétars sont des étoiles à neutrons possédant les champs magnétiques les plus puissants connus, jusqu'à mille fois l'intensité des étoiles à neutrons classiques et jusqu'à dix mille milliards de fois celle d'un aimant de réfrigérateur. Dans de rares cas, les magnétars produisent d'énormes éruptions, appelées éruptions géantes, qui produisent des rayons gamma, la forme de lumière la plus énergétique. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa

Des magnétars derrière les FRB ?

Cela ne cadre pas avec le scénario dans lequel les FRB sont des collisions d'étoiles à neutrons qui se seraient rapprochés en perdant de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles. En effet, les calculs montrent qu'en général, il faut plusieurs milliards d'années pour que cela arrive, de sorte qu'on devait s'attendre à ce que les FRB soient associés à des galaxies plus vieilles de quelques milliards d'années, avec des populations stellaires plus évoluées.

L'observation de FRB 20240304B oriente donc plutôt vers une théorie qui fait intervenir l'activité d'une seule étoile à neutrons mais pas n'importe laquelle, une étoile avec un champ magnétique particulièrement intense et que l'on appelle un magnétar.

« Nos travaux suggèrent qu'il est très peu probable que ce FRB ait été produit par une fusion », déclare en effet Caleb dans le communiqué de la Nasa.

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Découvrir d'autres sursauts radio similaires, voire plus anciens, intéresse les cosmologistes car en traversant le milieu intergalactique pendant plus de dix milliards d'années, les ondes radio ont conservé des informations sur la matière ionisée et les champs magnétiques rencontrés.

Les FRB ont donc le  potentiel d'aider à  cartographier la matière diffuse dans les filaments d'amas de galaxies ainsi que d'aider à détecter, puis mesurer les champs magnétiques intergalactiques et de suivre leur évolution sur près de 80 % de l'histoire de l'Univers.