Une équipe de recherche internationale a découvert un lien potentiel entre les fusions d’étoiles à neutrons et les sursauts radio rapides (FRB), deux des phénomènes les plus énigmatiques de l’univers. La corrélation observée, si elle est confirmée par d’autres données, suggère que certains FRBs pourraient être créés par la fusion et l’effondrement ultérieur d’étoiles à neutrons, ce qui pourrait permettre de mieux comprendre ces mystérieux événements cosmiques.
Un groupe international de chercheurs a identifié un lien potentiel entre les ondes gravitationnelles issues des fusions d’étoiles à neutrons et les sursauts radio rapides. Cette découverte pourrait améliorer notre compréhension des mécanismes à l’origine de certains phénomènes de sursauts dans l’espace lointain.
Les mystères du cosmos pourraient lentement lever leurs voiles, grâce à des progrès technologiques rapides et à des partenariats de recherche renforcés qui permettent aux astronomes de reconstituer les indices cosmologiques comme jamais auparavant.
Dans une étude récemment publiée dans Nature Astronomy, un collectif multinational de chercheurs révèle pour la première fois une corrélation intrigante : le lien potentiel entre les collisions d’étoiles à neutrons et les sursauts radio rapides (FRB) – deux événements cosmiques déroutants qui ont fasciné les scientifiques au cours des vingt dernières années.
L’équipe, qui comprend des chercheurs de l’UNLV, de l’Université d’Australie occidentale (UWA) et de l’Université Curtin, rapporte l’observation d’une fusion d’étoiles à neutrons dans l’espace lointain, suivie seulement 2 ½ heures plus tard par l’observation d’un FRB. Si elle est confirmée, la corrélation entre les deux événements pourrait lever une partie du mystère sur la manière dont les FRBs sont générés.
Les sursauts radio rapides (FRB) sont des impulsions d’ondes radio électromagnétiques d’une durée de quelques millisecondes qui se produisent dans l’espace lointain et produisent une énergie équivalente à la production annuelle du soleil. La plupart des sursauts radio rapides sont des événements ponctuels, tandis que d’autres se présentent sous la forme de sursauts répétés. Bien que leur origine reste un peu mystérieuse, la fraction des FRBs émis sous forme de salves répétées est probablement produite par des étoiles à neutrons fortement magnétisées, appelées magnétars.
Bien que les sursauts uniques puissent avoir une origine similaire, cette étude suggère qu’ils peuvent également être formés par des ondes gravitationnelles (GW) générées par des étoiles à neutrons en collision.
« Une association comme celle-ci n’est pas complètement inattendue », a déclaré l’astrophysicien de l’UNLV et coauteur de l’étude, Bing Zhang, qui a initialement proposé un scénario d’association GW-FRB en 2014. « Une possibilité est que la fusion d’étoiles à neutrons laisse derrière elle une étoile à neutrons massive en rotation rapide plutôt qu’un trou noir. L’étoile à neutrons finit par s’effondrer en un trou noir après sa rotation, éjectant sa magnétosphère pour créer le FRB. »
Les détecteurs d’ondes gravitationnelles (GW), notamment l’Observatoire d’ondes gravitationnelles de l’interféromètre laser (LIGO) aux États-Unis et le détecteur Virgo en Italie, observent depuis 2015 des événements GW provenant de collisions de trous noirs ou d’étoiles à neutrons.
L’événement GW et l’événement FRB de l’association proposée ont tous deux été détectés le 25 avril 2019. L’événement de fusion d’étoiles binaires à neutrons, baptisé GW190425, était le deuxième événement de ce type jamais détecté par les détecteurs GW. L’événement FRB, baptisé FRB 20190425A, a été détecté par l’Expérience canadienne de cartographie de l’intensité de l’hydrogène (CHIME) et s’est produit environ 2 ½ heures plus tard.
Le lien entre les fusions d’étoiles à neutrons et les FRB ayant longtemps été théorisé mais non observé, des chercheurs de l’UWA (l’étudiante diplômée Alexandra Moroianu et le professeur Linqing Wen) et de l’Université Curtin (le professeur Clancy James) ont cherché à l’aveugle les associations possibles entre les FRB et les GW. Ils ont finalement identifié cette paire, qui s’est produite dans une zone similaire de l’espace, et suggèrent une probabilité qu’ils soient liés.
« C’est extrêmement intéressant et cela aiderait certainement à élucider une partie du mystère entourant ces sursauts radio rapides, notamment la raison pour laquelle les sursauts qui se répètent et ceux qui ne se répètent pas présentent des propriétés différentes », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Alexandra Moroianu, qui a surmonté de sérieuses complications de santé au cours de ses recherches.
Bien que la possibilité même que les deux phénomènes soient liés soit encourageante pour les astronomes, Zhang, qui, avec Shunke Ai, étudiant en doctorat à l’UNLV, a présenté la modélisation théorique permettant d’interpréter l’événement, prévient que d’autres observations sont nécessaires pour renforcer la corrélation.
« Étant donné les statistiques de probabilité de hasard, je ne confirmerais pas définitivement l’association pour l’instant », a déclaré Zhang. « En même temps, l’association potentielle présentée dans ce travail appelle à un examen plus approfondi des futures associations GW-FRB.
Zhang estime qu’avec une nouvelle série d’observations des détecteurs d’ondes gravitationnelles à l’horizon et la mise en place de nouvelles machines de détection des FRB, davantage de données seront accumulées afin de vérifier si de telles associations sont physiques et courantes.
Si c’est le cas, la matière nucléaire doit être très « rigide » à des densités très élevées, ce qui signifie qu’une étoile à neutrons peut supporter une masse importante », a déclaré Zhang. « La masse maximale des étoiles à neutrons serait beaucoup plus importante que ce que la plupart des gens croient actuellement.
Référence : « An assessment of the association between a fast radio burst and binary neutron star merger » par Alexandra Moroianu, Linqing Wen, Clancy W. James, Shunke Ai, Manoj Kovalam, Fiona H. Panther et Bing Zhang, 27 mars 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-01917-x