Les astronomes se préparent à une révolution dans les localisations rapides des rafales radio

Les radioastronomes du monde entier se préparent à une transformation de leur capacité à localiser les sursauts radio rapides (FRB). Avant la fin de l'année, les mises à niveau d'une suite de télescopes de chasse FRB devraient augmenter le taux de localisation des FRB vers leurs galaxies hôtes de plus d'un ordre de grandeur – révolutionnant potentiellement notre compréhension de l'univers.

Découvertes pour la première fois en 2007, les FRB sont des rafales intenses d'ondes radio d'une durée inférieure à quelques millisecondes. Ils sont de deux types principaux : soit à partir de sources qui se répètent, soit à celles qui ne le font pas. Mais sur les quelque 1000 FRB détectés, seuls environ 3 % ont montré qu'ils répétaient.

Comme ils durent si peu de temps, il est impossible de programmer des observations de suivi, ce qui rend difficile de déterminer d'où viennent les FRB. Tous les instruments doivent être prêts à capturer l'emplacement d'un FRB, chaque fois qu'il peut arriver. En effet, jusqu'à récemment, les astronomes avaient à peine localisé deux douzaines de FRB.

Alors que la plupart des FRB ont des origines extragalactiques, un FRB galactique a été récemment détecté dans le Voie lactée en 2020 d'un magnétar - une étoile à neutrons avec un grand champ magnétique. Les FRB s'avèrent cependant utiles pour la cosmologie grâce à un facteur appelé « mesure de dispersion » (DM). La mesure du DM permet aux astronomes de calculer le nombre d'électrons libres le long de la ligne de visée du FRB et ainsi de déterminer directement la densité électronique dans l'univers.

"Ces électrons peuvent être difficiles à observer, car la plupart d'entre eux se trouvent dans un gaz très diffus", explique Steffen Hagstotz, cosmologiste à l'Université Ludwig Maximilian de Munich. "En ce sens, les FRB sont vraiment complémentaires d'autres sondes telles que la lentille faible, qui nous renseigne principalement sur la distribution de la matière noire. En étudiant les deux, nous pouvons en apprendre davantage sur la façon dont la matière ordinaire trace la matière noire à des échelles cosmologiques.

Il existe également diverses mesures contradictoires du taux d'expansion actuel de l'univers, appelé la constante de Hubble. Réconcilier cette « tension de Hubble » est considéré comme l'un des les problèmes les plus pressants de la cosmologie moderne. Les FRB offrent une voie alternative pour déterminer la constante de Hubble en sondant la relation de mesure du redshift-dispersion. Hagstotz récemment co-auteur d'une étude constatant qu'un échantillon de seulement environ 500 FRB localisés serait suffisant pour mesurer de manière compétitive la constante de Hubble.

Une idée craquante

La rareté actuelle des FRB localisés a incité des équipes de radioastronomes du monde entier à réduire les performances de leurs installations. Vikram Ravi du California Institute of Technology a donné le coup d'envoi de la course FRB au American Astronomical Society réunion en janvier où il a annoncé la localisation de 30 nouveaux FRB avec le tout nouveau Réseau synoptique profond (DSA) en Californie. Lors de sa mise en service en 2022, DSA a détecté plus d'un sursaut par semaine en utilisant seulement 63 des 110 antennes dont disposera à terme DSA.

Si le DSA est le nouveau venu parmi les radiotélescopes, alors le Éclaireur du réseau de kilomètres carrés (ASKAP) en Australie-Occidentale est déjà un visage familier. Son programme Commensal Real-Time ASKAP Fast Transients Survey (CRAFT) a commencé à localiser les FRB avec une précision inférieure à la seconde d'arc en 2017, ce qui a permis pour étudier les galaxies hôtes FRB. CRAFT se greffe sur ASKAP en utilisant un cluster de calcul de recherche FRB, qui scanne simultanément son champ de vision de 30 degrés carrés pour les transitoires radio en parallèle avec d'autres observations.

CRAFT a, jusqu'à présent, fonctionné en additionnant de manière incohérente les signaux de ses 36 antennes paraboliques, mais cela est sur le point de changer avec une mise à niveau baptisée CRACO. La sommation incohérente améliore la sensibilité de la racine carrée du nombre de plats, tandis que la sensibilité de la sommation cohérente améliore la sensibilité linéairement avec le nombre de plats.

Cependant, la recherche cohérente nécessite 65,000 1 fois plus de puissance de traitement des données, un exploit rendu possible par une mise à niveau de 5 million de dollars australiens du cluster informatique de l'instrument. "CRACO sera XNUMX fois plus sensible avec le même champ de vision que le système de détection FRB actuel que nous utilisons sur ASKAP", déclare Keith Bannister, ingénieur de recherche principal à l'Organisation australienne de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth, qui exploite ASKAP.

Feu vert pour la construction d'un Square Kilometre Array de 2 milliards d'euros

CRACO fonctionne en réalisant un film du ciel et en recherchant un FRB dans ce film. "La taille de l'image est de 2.5 millions de pixels, ce qui est similaire à la vidéo Full HD", ajoute Bannister. "1000 fois par seconde, nous essayons 1000 essais DM différents, totalisant 1 million d'images par seconde - environ 25 billions de pixels par seconde."

CRACO subit actuellement une période de mise en service de trois mois, dans l'espoir qu'une fois le cluster complet installé d'ici la fin de l'année, le taux de détection d'ASKAP augmentera de 10 à 20 fois, trouvant plusieurs FRB par semaine.

Alors qu'ASKAP repousse la frontière de la sensibilité pour détecter plus de FRB, le Expérience canadienne de cartographie de l'intensité de l'hydrogène (CHIME) en Colombie-Britannique a déjà le luxe de détecter plusieurs FRB par jour grâce à son champ de vision stupéfiant de 200 degrés carrés. Cependant, la faible résolution de CHIME signifie qu'il peut localiser de manière fiable les FRB uniquement à partir de galaxies proches. Les ingénieurs de CHIME ont choisi d'améliorer les performances à la frontière de la résolution en construisant des "stabilisateurs" - des versions identiques mais réduites du télescope CHIME.

"La mise à niveau des stabilisateurs du projet CHIME / FRB se compose de trois mini-CHIME", déclare Ziggy Pleunis de l'Université de Toronto. Ces stabilisateurs, basés en Colombie-Britannique, en Virginie-Occidentale et en Californie, sont répartis entre 100 et 3300 km de CHIME, fournissant à CHIME une résolution d'environ 50 milliarcsecondes, lui permettant de localiser les FRB dans leurs galaxies hôtes.

Les travaux sur les stabilisateurs avancent rapidement selon Pleunis : "Deux ont déjà été construits et instrumentés, et le terrain est en cours de nivellement pour le troisième site." L'outrigger en Colombie-Britannique est déjà en cours de mise en service et même de collecte de données et Pleunis ajoute que l'objectif est de faire fonctionner les trois télescopes cette année, après quoi la collaboration CHIME/FRB optimisera ses instruments en s'exerçant sur des sources répétitives connues avant de passer à en détecter de nouveaux. "Ensuite, nous pourrons, espérons-le, commencer rapidement à localiser les FRB", ajoute-t-il.

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• Platoblockchain. Intelligence métaverse Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• Frapper l'avenir avec Adryenn Ashley. Accéder ici.
• La source: https://physicsworld.com/a/astronomers-braced-for-a-revolution-in-fast-radio-burst-localizations/