Les sursauts radio rapides, des trous noirs en collision avec la matière noire ?

Les astrophysiciensastrophysiciens et les physiciensphysiciens théoriciens sont particulièrement perplexes devant les sursauts radio rapides. Ce phénomène est observé depuis une dizaine d'années mais son importance, ou plus exactement son étrangeté, n'est comprise que depuis peu. Les sursauts radio rapides (FRB pour Fast Radio Bursts en anglais) sont des flashsflashs d'ondes radio qui durent quelques millisecondes. Ils ont d'abord été trouvés dans les archives des observations de plusieurs radiotélescopes puis, en 2014, l'un d'entre eux a été détecté en direct à l'aide du Parkes Telescope, situé en Australie.

La brièveté de ces signaux implique (pour des raisons liées au fait que la vitesse de propagation d'un effet physique fait varier la luminositéluminosité d'un objet) qu'ils sont émis à partir d'une région dont la taille n'est que de quelques centaines de kilomètres tout au plus. On sait aussi que les parties à hautes fréquences et celles à basses fréquences d'une impulsion électromagnétique arrivent avec des décalages d'autant plus importants que l'impulsion a voyagé loin dans l'universunivers en traversant des régions contenant de la matièrematière. Ce phénomène, dénommé en anglais dispersion measure (DM), est bien connu avec les pulsarspulsars.

La conclusion la plus simple et la plus vraisemblable déduite des caractéristiques des sursauts radio, en se basant sur tous ces effets, était qu'il s'agissait d'objets extragalactiques ne pouvant pas être des étoilesétoiles standard et étant capables d'émettre en quelques millisecondes autant d'énergieénergie que le SoleilSoleil en une journée.

Le prix Nobel de physique Frank Wilczek. Il a proposé l'existence d'une nouvelle particule, l'axion, qui constituerait peut-être une part importante de la matière noire. © Cern

Des étoiles axioniques plongées dans un champ magnétique

Toutefois, les astronomesastronomes ont du mal à les faire entrer dans le cadre des explications astrophysiquesastrophysiques conventionnelles, tout comme ce fut le cas naguère pour les fameux sursauts gamma. Plusieurs hypothèses, qui vont de la technosignature de civilisations extraterrestres à celle d'explosion d'étoiles de Planck, ont donc été avancées. L'une des plus récentes vient de faire l'objet d'une publication intéressante sur arXiv.

Elle fait intervenir l'existence de ce qui a été appelé « des étoiles axioniques ». Comme leur nom l'indique, il s'agit d'objets qui seraient composés d'axionsaxions, des particules de très faible massemasse, se couplant faiblement aux autres particules et qui sont de bonnes candidates au titre de particules de matière noire. Les calculs indiquent en effet qu'elles pourraient avoir été produites en grandes quantités au moment du Big BangBig Bang et qu'elles auraient pu ensuite former des sortes de condensats de Bose-Einsteincondensats de Bose-Einstein de la masse d'un astéroïdeastéroïde, mais dont la taille serait de quelques mètres seulement.

Ces étoiles axioniques seraient plus nombreuses au cœur des galaxiesgalaxies et elles auraient donc plus de chance de se trouver sur des orbitesorbites qui les font entrer en collision avec les disques d'accrétiondisques d'accrétion entourant des trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs. Dans ces disques, règnent de puissants champs magnétiqueschamps magnétiques. Or, la théorie des axions nous dit que ces particules peuvent se convertir en photonsphotons quand elles sont plongées dans un champ magnétique, et ce d'autant plus que ce dernier est intense.

Les FRB pourraient donc être des étoiles axioniques en train de se convertir en bouffées d'ondes électromagnétiquesondes électromagnétiques. Cela expliquerait aussi pourquoi certains se répètent : la transformation de l'étoile serait incomplète et se produirait à nouveau jusqu'à dissipation totale lorsque son orbite complexe la ramènerait dans le disque d'accrétion d'un trou noir.