Des astronomes associent pour la première fois une mystérieuse rafale radio rapide à des ondes gravitationnelles

Une équipe de collègues et moi avons preuve vient d'être publiée in Nature Astronomie pour ce qui pourrait produire de mystérieuses rafales d'ondes radio provenant de galaxies lointaines, connues sous le nom de rafales radio rapides ou FRB.

Deux en collision étoiles à neutrons- chacun le noyau super-dense d'une étoile explosée - a produit une rafale d'ondes gravitationnelles lorsqu'elles ont fusionné en un "étoile à neutrons "supramassive". L'équipe a découvert que deux heures et demie plus tard, ils ont produit un FRB lorsque l'étoile à neutrons s'est effondrée dans un trou noir.

Ou alors nous pensons. L'élément de preuve clé qui confirmerait ou réfuterait notre théorie - un flash optique ou gamma provenant de la direction du sursaut radio rapide - a disparu il y a près de quatre ans. Dans quelques mois, nous aurons peut-être une autre chance de savoir si nous avons raison.

Bref et Puissant

Les FRB sont des impulsions incroyablement puissantes d'ondes radio provenant de l'espace qui durent environ un millième de seconde. En utilisant les données d'un radiotélescope en Australie, l'Australian Square Kilometre Array Pathfinder (DEMANDEZ), les astronomes ont trouvé que la plupart des FRB proviennent de galaxies si éloignées que la lumière prend des milliards d'années pour nous atteindre. Mais ce qui produit ces sursauts d'ondes radio intrigue les astronomes depuis une première détection dès 2007.

Le meilleur indice vient d'un objet de notre galaxie connu sous le nom de SGR 1935+2154. C'est un magnétar, qui est une étoile à neutrons avec des champs magnétiques environ mille milliards de fois plus puissants qu'un aimant de réfrigérateur. Le 28 avril 2020, il a produit un violente rafale d'ondes radio- similaire à un FRB, bien que moins puissant.

Les astronomes prédisent depuis longtemps que deux étoiles à neutrons, une binaire, fusionneront pour produire une trou noir devrait également produire une rafale d'ondes radio. Les deux étoiles à neutrons seront hautement magnétiques et les trous noirs ne peuvent pas avoir de champs magnétiques. L'idée est que la disparition soudaine des champs magnétiques lorsque les étoiles à neutrons fusionnent et s'effondrent dans un trou noir produit une rafale radio rapide. Les champs magnétiques changeants produisent des champs électriques - c'est ainsi que la plupart des centrales électriques produisent de l'électricité. Et l'énorme changement des champs magnétiques au moment de l'effondrement pourrait produire les champs électromagnétiques intenses d'un FRB.

La recherche du pistolet fumant

Pour tester cette idée, Alexandra Moroianu, étudiante à la maîtrise à l'Université d'Australie-Occidentale, a recherché la fusion d'étoiles à neutrons détectées par l'observatoire d'ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser (LIGO) aux Etats-Unis. Les ondes gravitationnelles recherchées par LIGO sont des ondulations dans l'espace-temps, produites par les collisions de deux objets massifs, comme des étoiles à neutrons.

LIGO a trouvé deux fusions binaires d'étoiles à neutrons. Fondamentalement, le second, connu sous le nom de GW190425, s'est produite lorsqu'un nouveau télescope de chasse FRB appelé CARILLON était également opérationnel. Cependant, étant nouveau, il a fallu deux ans à CHIME publier son premier lot de données. Lorsqu'il l'a fait, Moroianu a rapidement identifié une rafale radio rapide appelée FRB20190425A qui s'est produit seulement deux heures et demie après GW190425.

Aussi excitant que cela ait été, il y avait un problème - un seul des deux détecteurs de LIGO fonctionnait à ce moment-là, ce qui rendait très incertain d'où venait exactement GW190425. En fait, il y avait cinq pour cent de chances que cela ne soit qu'une coïncidence.

Pire, le fermi satellite, qui aurait pu détecter les rayons gamma de la fusion - le "pistolet fumant" confirmant l'origine de GW190425 - était bloqué par la Terre à l'époque.

Il est peu probable que ce soit une coïncidence

Cependant, l'indice critique était que les FRB tracent la quantité totale de gaz qu'ils ont traversé. Nous le savons parce que les ondes radio à haute fréquence traversent le gaz plus rapidement que les ondes à basse fréquence, de sorte que la différence de temps entre elles nous indique la quantité de gaz.

Parce que nous connaissons le densité gazeuse moyenne de l'univers, nous pouvons rapporter cette teneur en gaz à la distance, connue sous le nom de Relation Macquart. Et la distance parcourue par FRB 20190425A correspondait presque parfaitement à la distance jusqu'à GW190425. Bingo !

Alors, avons-nous découvert la source de tous les FRB ? Non. Il n'y a pas assez d'étoiles à neutrons fusionnantes dans l'univers pour expliquer le nombre de FRB - certaines doivent encore provenir de magnétars, comme SGR 1935 + 2154.

Et même avec les preuves, il y a encore 1 chance sur 200 que tout cela soit une coïncidence géante. Cependant, LIGO et deux autres détecteurs d'ondes gravitationnelles, Vierge ainsi que le KAGRA, Sera tourner le dos en mai de cette année, et soyez plus sensible que jamais, tandis que CHIME et autres radiotélescopes sont prêts à détecter immédiatement tout FRB provenant de fusions d'étoiles à neutrons.

Dans quelques mois, nous saurons peut-être si nous avons fait une percée majeure ou si ce n'était qu'un feu de paille.

Clancy W. James tient à remercier Alexandra Moroianu, l'auteur principal de l'étude ; ses co-auteurs, Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (University of Western Australia), Bing Zhang et Shunke Ai (University of Nevada) ; et son regretté mentor, Jean-Pierre Macquart, qui a vérifié expérimentalement la relation gaz-distance, qui porte désormais son nom.

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

Crédit image: CSIRO/Alex Cherney

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• La source: https://singularityhub.com/2023/03/30/for-the-first-time-astronomers-have-linked-a-mysterious-fast-radio-burst-with-gravitational-waves/