La détection d’un intense sursaut radio rapide dans la Voie lactée pourrait expliquer l’origine d’un mystérieux phénomène

Des observations récentes d’une équipe d’astronomes dirigée par des scientifiques canadiens et notamment formée de chercheurs de l’Institut spatial et du Département de physique de l’Université McGill donnent fortement à penser que certains sursauts radio rapides (FRB, pour fast radio burst) pourraient provenir de magnétars, étoiles à neutrons qui généreraient un champ magnétique d’une extrême intensité. Bien qu’on l’ait cherchée tant et plus, on n’a jamais réussi à trouver la source de ce phénomène mystérieux, qui fait l’objet de plusieurs hypothèses.

Grande première : sursaut radio intense émanant d’un magnétar galactique

Le 28 avril 2020, une équipe d’une cinquantaine d’étudiants, postdoctorants et professeurs constituant la Collaboration FRB de l’Expérience canadienne de cartographie de l’intensité de l’hydrogène (CHIME) a détecté un sursaut radio d’une intensité inhabituelle provenant d’un magnétar situé à proximité, dans la Voie lactée. Dans un article publié aujourd’hui dans la revue Nature, ces scientifiques indiquent que le sursaut radio était trois mille fois plus intense que les magnétars étudiés à ce jour, ce qui vient étayer la théorie voulant que ces étoiles à neutrons soient à l’origine d’au moins certains sursauts radio rapides.

« Selon nos calculs, si un sursaut d’une telle intensité provenait d’une autre galaxie, il serait impossible de le distinguer de certains sursauts radio rapides, ce qui donne vraiment du poids à la théorie selon laquelle ces sursauts, ou du moins certains d’entre eux, proviendraient de magnétars », explique Pragya Chawla, coauteure de l’étude et doctorante au Département de physique de l’Université McGill.

Théories sur l’origine des sursauts radio rapides

Les sursauts radio rapides ont été découverts il y a plus de dix ans. S’ils ont d’abord cru avoir affaire à un phénomène isolé, les astronomes ont depuis constaté que certaines de ces émissions radio de haute intensité – plus intenses que l’énergie produite par le Soleil au cours de millions, voire de milliards, d’années – se répétaient.

Selon l’une des théories avancées, les sursauts radio rapides proviendraient en fait de magnétars extragalactiques, jeunes étoiles à neutrons possédant un champ magnétique d’une extrême intensité qui, à l’occasion, explosent, relâchant alors d’énormes quantités d’énergie.

« Jusqu’à maintenant, les sursauts radio rapides captés par des télescopes comme CHIME provenaient tous d’autres galaxies; il est donc difficile de les étudier de près », précise Ziggy Pleunis, autre coauteur de l’étude et lui aussi doctorant au Département de physique de l’Université McGill. « De plus, la théorie des magnétars n’était pas étayée par l’observation de ces étoiles dans notre propre galaxie, puisque jusqu’à maintenant, nous constations que l’énergie qu’elles dégageaient était beaucoup moins intense que celle des sursauts radio rapides extragalactiques. »

Les sursauts radio rapides proviennent-ils tous de magnétars?

« Cependant, comme les sources de sursauts radio rapides les plus brillantes et les plus actives possèdent une énergie et une activité bien supérieures à celles que l’on observe dans les magnétars, on peut penser que certains sursauts proviennent de magnétars plus jeunes, plus énergiques et plus actifs », avance Paul Scholz, Ph. D., de l’Institut Dunlap d’astronomie et d’astrophysique de l’Université de Toronto.

Si une émission radio extragalactique et une émission de rayons X étaient détectées simultanément, nous aurions une preuve tangible que certains sursauts radio rapides proviennent de magnétars. Cela ne sera vraisemblablement possible, toutefois, que pour les sursauts radio rapides provenant d’une source assez rapprochée. La bonne nouvelle, c’est que la Collaboration CHIME-FRB en découvre en bonne quantité.

L’étude
L’article « A bright millisecond-duration radio burst from a Galactic magnetar », par la Collaboration CHIME-FRB, a été publié dans la revue Nature.

DOI: 10.1038/s41586-020-2863-y

Le financement

Le projet CHIME-FRB est financé par une subvention de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), la Colombie-Britannique et le Québec ainsi que l’Institut Dunlap d’astronomie et d’astrophysique de l’Université de Toronto. Ont également contribué au financement l’Institut canadien de recherches avancées (CIFAR), l’Université McGill et l’Institut spatial de McGill par l’entremise de la Fondation familiale Trottier, et l’Université de la Colombie-Britannique. L’expérience CHIME est financée par une subvention du Fonds de l’avant-garde de la FCI et par des contributions de la Colombie-Britannique, du Québec et de l’Ontario. L’Institut Dunlap est financé par un fonds de dotation établi par la Famille David-Dunlap et l’Université de Toronto. La recherche réalisée à l’Institut Périmètre est financée par le gouvernement du Canada, par l’entremise d’Innovation, Sciences et Développement économique Canada, ainsi que par l’Ontario, par l’entremise du ministère de la Recherche et de l’Innovation. Le National Radio Astronomy Observatory de la National Science Foundation (NSF) est exploité par Associated Universities, Inc. au titre d’un accord de coopération.

Des sommes en provenance des sources suivantes ont également été affectées à l’étude : Fonds de recherche du Québec – Nature et Technologie (FRQNT), bourse Killam, subvention à la découverte du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), CIFAR, Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ) du FRQNT, Programme des chaires de recherche du Canada, NSF, Chaire d’astrophysique et de cosmologie Lorne‑Trottier, Chaire James-McGill (professeur distingué), bourse Gerhard‑Herzberg, bourse de la Fondation R.-Howard­-Webster du CIFAR, bourse postdoctorale Banting, bourse Physics Frontiers Center de la NSF, Programme d’excellence en recherche du Fonds pour la recherche en Ontario (ER‑FRO), Fondation Simons, Fondation Alexander-von-Humboldt, bourse d’études supérieures Schulich de l’Université McGill, bourse Dunlap et bourse postdoctorale du CRSNG.

La Collaboration CHIME-FRB

La Collaboration CHIME-FRB réunit plus de 50 scientifiques dirigés par l’Université McGill, l’Université de la Colombie-Britannique, l’Université de Toronto, l’Institut Périmètre de physique théorique et le Conseil national de recherches Canada (CNRC). Les 16 millions de dollars nécessaires à la mise en place de CHIME proviennent de la Fondation canadienne pour l’innovation ainsi que des gouvernements de la Colombie-Britannique, de l’Ontario et du Québec; ont également contribué à cette initiative l’Institut Dunlap d’astronomie et d’astrophysique, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada de même que l’Institut canadien de recherches avancées. Le télescope se trouve à l’Observatoire fédéral de radioastrophysique du CNRC, près de Penticton, au cœur des montagnes de la vallée de l’Okanagan, en Colombie-Britannique. CHIME possède le statut d’instrument éclaireur officiel du Réseau d’un kilomètre carré (SKA).

L’Université McGill

Fondée en 1821 à Montréal, au Québec, l’Université McGill est l’une des grandes universités du Canada. Elle compte deux campus, 11 facultés, 13 écoles professionnelles, 300 programmes d’études et au-delà de 40 000 étudiants, dont plus de 10 200 aux cycles supérieurs. Elle accueille des étudiants originaires de plus de 150 pays, ses 12 800 étudiants internationaux représentant 31 % de sa population étudiante. Au-delà de la moitié des étudiants de l’Université McGill ont une langue maternelle autre que l’anglais, et environ 19 % sont francophones.

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