Des astronomes ont détecté le sursaut radio rapide le plus lointain jamais observé, baptisé FRB 20240304B, émis il y a plus de 10 milliards d’années. Localisée grâce au télescope spatial James Webb, sa source surprend la communauté scientifique : une minuscule galaxie naine activement formatrice d’étoiles.
Un bref éclair d’ondes radio, d’une durée de seulement quelques millièmes de seconde, a traversé l’espace pendant plus de 10 milliards d’années pour atteindre la Terre le 4 mars 2024. Repéré par le réseau de radiotélescopes MeerKAT en Afrique du Sud, cet événement, enregistré sous la désignation FRB 20240304B, pulvérise le précédent record de distance pour un sursaut radio rapide (FRB). Sa lumière nous parvient d’une époque où l’univers n’avait que 3 milliards d’années environ, soit plus du double de la distance des précédents sursauts dont la galaxie hôte avait pu être identifiée jusqu’à présent.
La découverte par le projet MeerTRAP et le télescope MeerKAT
L’équipe de recherche, codirigée par les astronomes Manisha Caleb et Themiya Nanayakkara de l’Université de Sydney en Australie, a capté le signal grâce au système MeerTRAP installé sur les 64 antennes du radiotélescope MeerKAT dans le parc national de Meerkat en Afrique du Sud. Ce phénomène, appelé dispersion
, a permis aux scientifiques de mesurer l’ampleur du voyage accompli par le signal et d’estimer son origine lointaine.
Cependant, les plus grands télescopes terrestres n’ont rien pu voir à la position radio initiale, la galaxie d’origine étant beaucoup trop faible pour leurs optiques. L’équipe a notamment fait appel à J. Xavier Prochaska, professeur d’astronomie et d’astrophysique à l’Université de Californie à Santa Cruz, dont l’équipe a passé une heure à réaliser des observations d’imagerie à l’aide de l’instrument LRIS monté sur le télescope Keck I de l’Observatoire W. M. Keck à Hawaiʻi. Malgré l’utilisation de cet instrument très puissant, les chercheurs ont obtenu un résultat nul, confirmant que la galaxie était invisible depuis le sol et nécessitait le recours à l’espace, comme le relèvent les sources de l’UC Santa Cruz et de l’Observatoire Keck. L’équipe s’est ainsi tournée vers l’espace et le télescope spatial James Webb (JWST), mené par la NASA avec ses partenaires l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’Agence spatiale canadienne (CSA).
L’implication du télescope James Webb et la surprise de la galaxie naine
La nature de cette galaxie a pris les astronomes au dépourvu. Contrairement aux autres hôtes de FRB connus, qui sont généralement des galaxies massives, celle-ci possède environ 10 millions de masses solaires, soit mille fois moins que ce que l’équipe anticipait.
La galaxie hôte de ce sursaut est étonnamment petite, pauvre en métaux et connaît un épisode très actif de formation d’étoiles.
Le débat sur l’origine des sursauts et les théories des magnétars
Cette configuration conforte certaines hypothèses sur l’origine physique des sursauts radio rapides, un mystère persistant depuis leur découverte initiale en 2007. Selon les chercheurs, deux grands modèles s’affrontent traditionnellement dans la littérature scientifique pour expliquer ces éclairs, bien que les théoriciens aient forgé près de 100 modèles distincts, J. Xavier Prochaska rappelant que les observationnels ne peuvent que réfuter des modèles plutôt que de les prouver définitivement. Les deux pistes principales restent :
- La fusion d’étoiles à neutrons : Ce scénario implique deux astres denses s’approchant progressivement l’un de l’autre. Toutefois, ce processus exige des milliards d’années, ce qui placerait généralement les sursauts dans des galaxies plus âgées et matures.
- Les magnétars : Ces jeunes étoiles à neutrons dotées de champs magnétiques surpuissants subissent des tensions extrêmes sur leur croûte solide. Un tremblement d’étoile ou starquake peut alors libérer une bouffée d’ondes radio, un mécanisme compatible avec un délai très court après une explosion de supernova dans une jeune galaxie.
Nos travaux suggèrent qu’il est très peu probable que ce FRB ait été produit par une fusion
, a indiqué Manisha Caleb, soulignant que l’environnement de cette jeune galaxie naine s’accorde bien mieux avec l’hypothèse de magnétars nés rapidement après la mort d’étoiles massives.
L’utilisation du signal comme une lampe torche cosmique
Au-delà de son origine, le sursaut FRB 20240304B a fonctionné comme un outil d’exploration pour l’espace situé entre son foyer lointain et notre planète. En voyageant à travers le cosmos, l’onde a enregistré l’empreinte de la matière rencontrée sur son passage.
« Un sursaut radio rapide est presque comme une lampe torche cosmique. Il éclaire tout sur son chemin. »
J. Xavier Prochaska, professeur d’astronomie et d’astrophysique à l’UC Santa Cruz, via Mashable et Keck Observatory
L’analyse du signal a ainsi révélé l’existence d’un amas de galaxies jusqu’alors inconnu, situé à environ 3,5 milliards d’années-lumière de la Terre, ainsi que l’empreinte de l’amas de la Vierge plus proche. L’équipe espère désormais exploiter de futures observations avec le télescope James Webb pour capturer d’autres sursauts lointains et cartographier la matière invisible à travers environ 80 pour cent de l’histoire cosmique.