De mystérieuses rafales d’ondes radio répétées qui se déclenchent de manière aléatoire pourraient provenir d’étoiles à neutrons projetant des astéroïdes avec des vents magnétiques qui se déplacent presque à la vitesse de la lumière, selon une nouvelle étude.
Les sursauts radio rapides, ou FRB, sont des impulsions intenses d’ondes radio qui peuvent dégager plus d’énergie en quelques millièmes de seconde que le soleil en près d’un siècle. Les scientifiques n’ont découvert les FRB qu’en 2007, et leur origine reste inconnue en raison de leur brève existence.
Étant donné que les sursauts radio rapides sont rares et brillants – ils sont visibles sur des millions, voire des milliards d’années-lumière – les chercheurs ont souvent supposé qu’ils provenaient d’événements cataclysmiques, tels que des éruptions stellaires ou des collisions d’étoiles à neutrons. (Les étoiles à neutrons sont des cadavres d’étoiles mortes dans des explosions catastrophiques appelées supernovas; la gravité de ces restes stellaires est suffisamment puissante pour écraser les protons et les électrons ensemble pour former des neutrons.)
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Le mystère des sursauts radio rapides s’est approfondi lorsque les scientifiques ont découvert le premier sursaut radio rapide répété en 2016. Lorsque les astronomes voient des modèles répétitifs dans les événements célestes, ils pensent souvent que la mécanique céleste pourrait jouer un rôle – par exemple, une planète complétant une orbite autour de son étoile, ou une étoile à neutrons à rotation rapide connue sous le nom de pulsar qui projette des ondes radio depuis ses pôles magnétiques, clignotant comme un phare vu du point de vue de la Terre.
Mais les sursauts radio lors de l’événement de 2016, étrangement, avaient un timing aléatoire.
Astéroïdes et étoiles à neutrons
Les chercheurs suggèrent maintenant que les astéroïdes en orbite autour d’étoiles à neutrons pourraient aider à expliquer au moins certaines sursauts radio rapides répétitifs, même ceux avec un timing aléatoire. La clé de ce concept est que de forts vents de particules soufflent souvent vers l’extérieur non seulement des étoiles vivantes comme notre soleil, mais aussi des étoiles mortes, comme les pulsars. Étant donné que les pulsars sont hautement magnétiques, leurs vents le sont aussi, et comme les pulsars tournent rapidement, effectuant jusqu’à des centaines de tours par seconde, leurs vents peuvent exploser à des vitesses relativistes – c’est-à-dire à presque la vitesse de la lumière.
Les scientifiques ont calculé qu’un objet en orbite autour d’un pulsar – peut-être un astéroïde – sculpterait un sillage dans le vent du pulsar. Un courant électrique circulerait autour de ce sillage, et lorsque le vent du pulsar traverse ce sillage, ont calculé les chercheurs, les perturbations magnétiques résultantes généreraient un faisceau d’ondes radio très étroit et extrêmement intense.
Les chercheurs ont noté que des astéroïdes de 0,6 à 6 miles de large (1 à 10 kilomètres) en orbite autour de leurs pulsars à une unité astronomique (UA) ou plus proche généreraient des sursauts radio rapides des intensités détectées à ce jour, en particulier si les pulsars avaient de puissants champs magnétiques. (Une UA est la distance moyenne entre la Terre et le soleil, qui est d’environ 93 millions de miles ou 150 millions de kilomètres.)
Les scientifiques ont noté que les astéroïdes qui traversaient les vents très magnétiques et ultra-rapides d’un pulsar généreraient continuellement des faisceaux radio intenses. Mais les astronomes sur Terre ne verraient ces faisceaux que comme des sursauts, dans les rares cas où les étoiles à neutrons, les astéroïdes et les télescopes sur Terre se sont alignés.
«La courte durée des sursauts radio est causée par le peu de temps pendant lequel nous, les observateurs, sommes dans le faisceau radio», a déclaré à Space.com l’auteur principal de l’étude, Fabrice Mottez, astrophysicien au Centre national de la recherche scientifique et à l’Observatoire de Paris. .
Face aux vents du magnétar
Les chercheurs ont également exploré à quoi pourraient ressembler des sursauts radio rapides répétés lorsqu’ils sont créés par des astéroïdes volant à travers les vents hautement magnétiques et très relativistes des magnétars, un type rare d’étoile à neutrons qui sont les aimants les plus puissants du cosmos. Ils ont découvert que les astéroïdes autour des magnétars pouvaient générer des sursauts radio rapides environ mille fois plus puissants que le plus puissant vu à ce jour.
Si cette explication est correcte, les schémas aléatoires de répétition des sursauts radio rapides sont probablement causés par un amas d’astéroïdes interférant avec les vents de l’étoile à neutrons, ont noté les scientifiques, plutôt que par une seule roche. « Dans notre modèle, il y a quelques centaines d’astéroïdes, chacun d’eux ayant son propre faisceau », a déclaré Mottez. Une exoplanète chargée de lune autour d’un pulsar ou d’un magnétar pourrait également expliquer le phénomène, ont noté les chercheurs.
Les interactions gravitationnelles entre les astéroïdes dans les essaims pourraient entraîner des irrégularités dans chacune de leurs orbites, ce qui entraînerait également une irrégularité dans le moment de toutes les rafales détectées par les astronomes, a déclaré Mottez.
En outre, les champs magnétiques des vents pulsar et magnétar fluctueraient régulièrement dans le temps avec les vitesses de rotation de ces étoiles à neutrons, ce qui à son tour influencerait les directions des faisceaux radio de tout objet en orbite, rendant potentiellement le timing plus aléatoire, il ajoutée. Une autre cause du hasard, peut-être la plus importante, serait la turbulence du vent, a-t-il déclaré.
Les scientifiques ont détaillé leurs conclusions dans un article accepté le 7 octobre par la revue Astronomy and Astrophysics, qui a également été publié sur le serveur de pré-impression arXiv.org.
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