D'où viennent les sursauts radio rapides ?

Publié par Redbran le 10/02/2021 à 13:00
Source: Observatoire de Paris
Une équipe de l'Observatoire de Paris - PSL propose un modèle original capable d'expliquer les mystérieux "sursauts radios rapides" (Fast Radio Bursts, FRB, en anglais). L'étude est parue en décembre 2020, dans la revue Astronomy & Astrophysics.


Schéma représentant un essaim d'astéroïdes dans le vent du pulsar (Un pulsar est le nom donné à une étoile à neutrons, tournant très...). Pour plus de clarté, une seule aile d'Alfvèn pour un seul astéroïde (Un astéroïde est un objet céleste dont les dimensions varient de quelques dizaines...) est représentée en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) vif. Lorsque celle-ci pointe momentanément dans la direction de l'observateur, celui-ci voit un FRB. Le cône rouge transparent représente la zone où l'aile d'Alfvèn se déplace à cause de la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse...) du vent. La zone rouge foncée représente l'"ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement...)" de l'astéroïde par rapport au vent du pulsar. © Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique...) - PSL

Ces sursauts sont de brefs, quelques millisecondes, et très intenses flashs d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) radios dont le premier, FRB 010724, a été détecté par hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque efficient, sinon...) en 2007. Certains se répètent, d'autres n'ont été vus qu'une seule fois jusqu'à présent, et leur distribution sur la voûte (Une voûte (ou voute) est un élément architectural de couvrement intérieur d'un...) céleste semble homogène.

En analysant leurs propriétés spectrales, les radioastronomes peuvent en déduire que leurs sources sont dans des galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) très éloignées de la nôtre.

La question de savoir quel objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) peut produire de telles bouffées d'ondes radios demeure un mystère. En effet, si la source émet dans toutes les directions de l'espace, celle-ci devrait émettre une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) cataclysmique comparable à celle libérée par une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) entre deux étoiles, mais de tels évènements ne se répètent pas.

Une solution consiste à supposer que l'émission est concentrée dans un cône très étroit, un peu comme une lampe torche (Une torche est un instrument qui se présente sous la forme d’un bâton que...) très directionnelle.

Restait à trouver un mécanisme physique approprié

C'est là que les chercheurs de l'Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) proposent une idée originale: les sursauts radios rapides résulteraient de la perturbation du vent de plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées...) très énergétique soufflé par des pulsars ou des magnétars par des astéroïdes en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de ces objets.

Les pulsars et leurs cousins les magnétars sont des étoiles à neutrons très magnétisées qui sont bien connues pour émettre de tels vents soufflant pratiquement à la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour...), près de 1 000 fois plus vite que le vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont...) !

On peut alors généraliser un phénomène bien connu dans le système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...): lorsqu'un astéroïde (ou une planète) est plongé dans le vent, celui-ci crée une sorte de vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les...) d'étrave (L'étrave est la pièce saillante de la coque d'un navire qui prolonge la quille vers l'avant. Plus...) plasma appelée "aile d'Alfvèn". Cette perturbation est le lieu propice pour développer des instabilités capables de générer un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) radio (A supprimer) très efficace.

Lorsque le vent de plasma se déplace à une vitesse (On distingue :) proche de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), il se produit un fort phénomène de collimation relativiste, qui concentre le faisceau dans la direction du mouvement du vent. Le mouvement de l'astéroïde ainsi que la turbulence du vent font que le faisceau pointe aléatoirement dans l'espace et ne croise la direction de l'observateur que durant une fraction de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...). Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) est là. Si l'on se réfère au Système solaire, les astéroïdes sont rarement isolés, mais le plus souvent membres d'une ceinture ou d'un essaim avec des trajectoires similaires et non strictement périodiques.

Ainsi d'après les astrophysiciens de l'Observatoire de Paris, le répéteur (Le répéteur , encore appelé répéteur-régénérateur est un matériel électronique servant à...) FRB 121102 pourrait être un jeune pulsar entouré d'une ceinture d'astéroïdes de moins de 10 km de rayon située entre 0,03 et 1 unités astronomiques, suffisamment loin du pulsar pour ne pas être évaporée par son rayonnement intense.

Les auteurs de l'étude concluent aussi que ce mécanisme pourrait expliquer un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...), voire la totalité, des autres FRB observés à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), bien que beaucoup de travail théorique et observationnel reste à fournir pour le démontrer.

Bibliographie

Mottez F., Zarka P., Voisin G., Repeating fast radio bursts caused by small bodies orbiting a pulsar or a magnetar, Astronomy and Astrophysics, Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) 644, Décembre 2020
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