D’où viennent ces mystérieux signaux venus de l’espace ? Nous avons trouvé leur « pierre de Rosette »

Source: The Conversation – in French – By Kovi Rose, Astrophysics PhD Candidate, University of Sydney

Grâce à des observations combinant ondes radio, lumière visible et rayons X, des astronomes ont identifié la source d’un mystérieux signal cosmique. Une avancée qui pourrait transformer notre compréhension de ces phénomènes rares.

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Un couple d’étoiles en orbite l’une autour de l’autre : c’est l’origine de la nouvelle source de sursauts radio répétitifs que nous venons d’identifier, baptisée ASKAP J1745.

Depuis quelques années, les astronomes sont confrontés à une énigme : de mystérieux sursauts d’ondes radio, appelés « transitoires à longue période », qui se distinguent par le temps exceptionnellement long séparant deux émissions. Ces objets ont été découverts fortuitement lors d’observations de vastes régions du ciel.

À ce jour, seule une douzaine de ces sources insolites ont été repérées. Leur origine demeure l’un des mystères les plus intrigants de l’astronomie contemporaine.

Dans une nouvelle étude publiée aujourd’hui dans Nature Astronomy, nous décrivons une première mondiale : des sursauts radio et des sursauts de rayons X qui se répètent à chaque orbite du système.

ASKAP J1745 est une découverte majeure, car nous sommes parvenus à identifier sa nature, contrairement à la plupart des transitoires à longue période connus : sur les douze recensés à ce jour, dix restent inexpliqués. Mieux encore, nous avons pu l’observer avec plusieurs télescopes sensibles à différentes longueurs d’onde, ce qui nous offre une vision beaucoup plus complète du phénomène.

Comme la célèbre pierre de Rosette, qui a permis de déchiffrer les hiéroglyphes égyptiens grâce à un même texte gravé dans trois écritures différentes, ces nouvelles observations fournissent aux astronomes une clé pour percer le mystère des transitoires à longue période.

À quoi ressemblent les transitoires radio à longue période ?

Les transitoires radio à longue période sont des objets célestes qui émettent de puissants sursauts d’ondes radio à intervalles réguliers. L’origine de la plupart d’entre eux demeure inconnue. De plus, nombre de ces sources ont été découvertes près de la région centrale de la Voie lactée, particulièrement riche en poussières, ce qui complique leur observation avec les télescopes optiques.

Bien qu’une douzaine seulement de ces objets insolites aient été identifiés jusqu’à présent, ils semblent déjà présenter plusieurs profils différents. Leurs sursauts radio se répètent à des intervalles allant de quelques minutes à plusieurs heures.

Certains émettent des impulsions régulières depuis plus de trente ans, tandis que d’autres cessent d’émettre pendant plusieurs jours, voire deviennent définitivement silencieux aux longueurs d’onde radio.

D’où viennent-ils ?

Au départ, les astronomes pensaient que les transitoires à longue période étaient simplement des étoiles à neutrons en rotation très lente, appelées pulsars. Ces objets correspondent au cœur extrêmement dense laissé par l’explosion en supernova d’une étoile massive.

Les premiers transitoires radio de ce type découverts émettaient un sursaut environ toutes les vingt minutes. Un rythme bien plus lent que celui des pulsars classiques, dont les impulsions reviennent généralement toutes les quelques secondes. De plus, lorsqu’un pulsar ralentit suffisamment sa rotation, il est censé cesser d’émettre des ondes radio. En théorie, une étoile à neutrons tournant aussi lentement ne devrait donc plus produire de sursauts radio.

Les astronomes se sont alors tournés vers d’autres hypothèses, notamment celles impliquant des naines blanches, les vestiges compacts d’étoiles moins massives en fin de vie. Plus récemment, nous avons découvert que certains transitoires à longue période se trouvaient dans des systèmes binaires – deux étoiles gravitant l’une autour de l’autre – où l’on retrouve une naine blanche et une naine rouge de faible masse.

La découverte d’ASKAP J1745

ASKAP J1745 est un nouveau transitoire radio à longue période que nous avons découvert grâce au radiotélescope ASKAP, exploité par le CSIRO, l’agence nationale australienne pour la recherche scientifique. C’est le premier objet de ce type que nous avons pu identifier comme une « variable cataclysmique ».

Les variables cataclysmiques sont des systèmes binaires composés de deux étoiles, dont une naine blanche, qui gravitent suffisamment près l’une de l’autre pour interagir. Lorsque les deux astres sont très rapprochés, la gravité de la naine blanche peut arracher de la matière à son étoile compagne : on parle alors d’accrétion. C’est pourquoi ces systèmes sont également appelés des binaires à naine blanche accrétante.

Un autre transitoire radio à longue période a été récemment découvert grâce à des sursauts de rayons X, qui se répètent avec la même régularité que les émissions radio. Mais l’origine de ces sursauts, ainsi que la raison de leur parfaite synchronisation, demeuraient inexpliquées.

Pour la première fois, nous avons combiné des observations réalisées dans les domaines radio, des rayons X et de la lumière visible. Elles montrent qu’ASKAP J1745 produit, à chaque orbite de ses deux étoiles, un sursaut radio et un sursaut de rayons X.

Dans ces systèmes où les deux étoiles tournent très rapidement l’une autour de l’autre, les rayons X seraient produits par l’échauffement de la matière lorsqu’elle est aspirée vers la naine blanche.

L’origine des puissants sursauts radio, en revanche, restait plus mystérieuse. Le fait d’avoir établi qu’il s’agit d’un système binaire à naine blanche accrétante nous a toutefois permis d’en comprendre le mécanisme.

Le type d’émission radio pulsée que nous avons observé est généralement généré par des particules très énergétiques interagissant avec des champs magnétiques intenses. Or, ASKAP J1745 réunit précisément ces ingrédients : deux étoiles dotées de champs magnétiques extrêmement puissants – de l’ordre de plusieurs milliers de fois celui d’un appareil d’IRM – et un flux de particules chargées s’écoulant de l’étoile compagne vers la naine blanche.

Ce que cette découverte change pour l’astronomie

Cette découverte est exceptionnelle, car nous disposons de davantage d’informations, recueillies sur un plus large éventail de longueurs d’onde, que pour n’importe quel autre transitoire à longue période observé jusqu’à présent.

Tout comme la pierre de Rosette a été la clé du déchiffrement des hiéroglyphes égyptiens, ASKAP J1745 pourrait devenir la clé permettant de comprendre l’origine des autres transitoires radio à longue période, pour lesquels les observations dans d’autres longueurs d’onde font encore défaut.

ASKAP J1745 est le premier transitoire à longue période à présenter des signes d’accrétion sur l’ensemble du spectre électromagnétique, des ondes radio à la lumière visible, jusqu’aux rayons X. Or, ce flux de matière chargée constitue un ingrédient essentiel à la production des émissions radio que nous détectons dans ce type de système.

L’étude du mécanisme à l’origine de ces sursauts radio de longue période nous offre un nouveau laboratoire naturel pour explorer une physique extrême, notamment les écoulements de plasma et les champs magnétiques, dans des conditions impossibles à reproduire sur Terre.

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Nous rendons hommage au peuple Wajarri Yamaji, propriétaires traditionnels et détenteurs des droits fonciers autochtones (Native Title) d’Inyarrimanha Ilgari Bundara, où se situe l’Observatoire de radioastronomie de Murchison du CSIRO qui accueille le radiotélescope ASKAP.

Kovi Rose ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

– ref. D’où viennent ces mystérieux signaux venus de l’espace ? Nous avons trouvé leur « pierre de Rosette » – https://theconversation.com/dou-viennent-ces-mysterieux-signaux-venus-de-lespace-nous-avons-trouve-leur-pierre-de-rosette-287213

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