Récemment identifiés comme des signaux en provenance de magnétars, les sursauts radio rapides se révèlent avoir une curieuse utilité : celle de quantifier la matière cachée des galaxies qui croisent leur chemin !
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On ne connaît toujours pas leur origine, mais ils pourraient bien se révéler utiles. Dans une étude publiée dans la revue Nature Astronomy, des chercheurs ont pu calculer la masse des halos diffusdiffus qui entourent des galaxies se trouvant sur le chemin entre un sursaut radio rapide et nous. Découverts pour la première fois en 2007, les sursauts radio rapides, souvent raccourcis en FRB pour Fast radio bursts sont des signaux très rapides, d'une durée moyenne de quelques millisecondes, ayant lieu dans la gamme des ondes radio. Très énergétiques, ils dégagent en ces quelques millièmes de seconde autant d'énergie que le SoleilSoleil en une journée ! D'abord attribués à des biais instrumentaux ou encore des civilisations extraterrestres, ils pourraient provenir de nombreux objets astronomiques énergétiques : des supernovassupernovas, des pulsars, des trous noirstrous noirs, et même des magnétarsmagnétars !
Les halos qui entourent les galaxies sont durs à scruter
Ce qui est sûr, c'est qu'on en reçoit de partout, et beaucoup, jusqu'à 10.000 par jour ! Certains possèdent de plus une périodicité, ou se répètent de manière indéterminée, comme FRB 20190520B, un sursaut rapide qui se répète sans arrêt, sans pour autant que des chercheurs arrivent à définir un cycle ! Mais, si à défaut de les comprendre parfaitement, on s'en servait pour explorer d'autres astresastres bien connus ? C'est l'idée des chercheurs du California Institute of Technology, qui ont décidé de sonder les halos de gazgaz diffus qui entourent les galaxies.
En effet, celles-ci se composent de bien plus que seulement leur matièrematière visible par nos télescopes. Au-delà du halo stellaire, se trouve la couronne galactique : elle se compose de gaz chaud qui alimente la création d'étoilesétoiles tout en récupérant les débris laissés par les violentes explosions d'étoiles, les supernovas. Mais ce nuagenuage de matière est difficilement observable, à cause de sa faible densité, inférieure à une particule par centimètre cube. « Ces réservoirs gazeux sont énormes. Si l'œilœil humain pouvait voir le halo sphérique qui entoure la galaxie voisine d'Andromède, le halo apparaîtrait mille fois plus grand que la lunelune », explique Liam Connor, premier auteur de l'étude et postdoctorant en astronomie à Caltech. Mais ce qui entoure cet immense halo ne l'est pas : encore au-delà de la couronne galactique se trouve un halo de matière noirematière noire. Présent dans toutes les galaxies, il les entoure bien au-delà de leur enveloppe visible, et contribue pour l'essentiel de leur masse.
Les sursauts radio rapides, des « brochettes » de la matière entre nos télescopes et leur source
Aujourd'hui, les chercheurs proposent une solution innovante pour explorer les halos galactiques : observer la dispersion des sursauts radio rapides, et en déduire la masse gazeuse qu'ils ont traversée. En effet, ces derniers correspondent à des impulsions émises dans une gamme de fréquencesfréquences, et peuvent donc se diviser en plusieurs signaux de fréquence unique. Alors qu'ils tracent leur chemin jusqu'à nous, ils rencontrent des électronsélectrons qui accompagnent la matière environnante, notamment celle des halos galactiques. Or, à chaque rencontre d'électron, ces signaux sont ralentis : de manière générale, plus la longueur d'ondelongueur d'onde est grande (donc la fréquence petite), plus le ralentissement subi est fort. Les mesures de dispersion consistent à étudier l'allongement d'un signal en mesurant le retard accumulé, et à en déduire la quantité d'électrons, donc de matière, qu'il a rencontrée. « Nous avons utilisé des sursauts radio rapides pour faire briller une lumièrelumière à travers les halos des galaxies proches de la Voie lactéeVoie lactée et mesurer leur matière cachée », explique Liam Connor.
Pour tester leur méthode, les chercheurs ont utilisé un échantillon de 474 sursauts radio rapides répertoriés par l'Expérience canadienne de cartographie de l'hydrogènehydrogène (CHIME), un radiotélescope situé en Colombie-Britannique. Ils ont ensuite comparé les mesures de dispersion pour chaque sursaut, et combiné ces données avec la présence ou non de galaxie sur leur chemin. Et ils ont conclu qu'en effet, les sursauts croisant des galaxies étaient bien plus ralentis que les autres. « Notre étude montre que les FRB peuvent agir comme des brochettes de toute la matière entre nos radiotélescopesradiotélescopes et la source des ondes radio », s'enthousiasme Liam Connor. Ils ont de plus calculé la masse rencontrée par ces sursauts radio rapides correspondant au halo galactique rencontré, et ont mesuré une quantité de matière deux fois plus élevée que la quantité théorique ! « Ce n'est que le début », déclare Vikram Ravi, coauteur de l'étude et professeur d'astronomie à Caltech. « Alors que nous découvrons plus de FRB, nos techniques peuvent être appliquées pour étudier des halos individuels de différentes tailles et dans différents environnements, en abordant le problème non résolu de la répartition de la matière dans l'universunivers. »
