Résolvez l’étrange mystère des sursauts radio rapides

Ces travaux prouvent que de nouveaux télescopes dotés de capacités uniques, tels que l’ATA, peuvent offrir un nouvel angle sur les mystères exceptionnels de la science FRB.

Une équipe de scientifiques de l’Institut SETI a révélé de nouvelles informations sur le mystère cosmique connu sous le nom de sursauts radio rapides (FRB). La découverte et l’observation détaillée de la répétition de FRB 20220912A, réalisées au Allen Telescope Array (ATA) de l’Institut SETI, ont mis en lumière la nature de ces signaux spatiaux.

Les FRB sont des éclairs courts et intenses d’ondes radio provenant de l’espace lointain. Bien que la plupart ne se produisent qu’une seule fois, certains « répéteurs » envoient des signaux plus d’une fois, ce qui obscurcit encore davantage la compréhension de leur origine. Au cours de 541 heures d’observation, les chercheurs ont détecté 35 sursauts radio rapides provenant du répéteur FRB 20220912A. Les observations effectuées avec ATA couvraient une large gamme de fréquences radio et révélaient des modèles fascinants. Les 35 FRB se trouvent au bas du spectre de fréquences, chacun avec une signature énergétique unique.

Les spectres dynamiques (ou modèles « en cascade ») de toutes les sursauts du FRB 20220912A ont été détectés à l’aide du réseau du télescope Allen, des profils d’impulsions moyennés en fréquence et des spectres moyennés dans le temps.
Les zones ombrées en rouge dans les tracés de séries chronologiques indiquent la période de temps de sous-rafales spécifiques, avec des lignes verticales rouges marquant les limites des sous-rafales adjacentes. Crédit : Institut SETI

Aperçu des observations de l’Institut SETI

« Ce travail est passionnant car il confirme les propriétés connues du FRB et la découverte de nouvelles », a déclaré le Dr Sofia Shaikh de l’Institut SETI, boursière postdoctorale NSF MPS-Ascend et auteur principal. « Nous limitons la source des sursauts radio rapides, par exemple, à des objets extrêmes tels que les magnétars, mais aucun modèle existant ne peut expliquer toutes les propriétés observées jusqu’à présent. C’était formidable de faire partie de la première étude FRB menée avec ATA – Ces travaux prouvent que de nouveaux télescopes dotés de capacités uniques, comme l’ATA, peuvent offrir un nouvel angle sur les mystères exceptionnels de la science FRB.

Résultats détaillés récemment publiés dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (MNRAS), affiche des comportements intéressants des FRB. Ces signaux ambigus montrent un décalage de fréquence vers le bas, une connexion entre la bande passante et la fréquence centrale et des changements dans la durée des rafales au fil du temps. L’équipe a également remarqué quelque chose qui n’avait pas été signalé auparavant : il y a eu une diminution notable de la fréquence centrale des explosions au cours des deux mois d’observation, révélant un sifflement cosmique inattendu.

Deux paramètres du jeu de données FRB 20220912A – la fréquence centrale et la bande passante – sont tracés au fil du temps, en MJD, du début de la campagne jusqu’à sa fin (une période d’environ 60 jours). Le panneau a) indique que la fréquence centrale du FRB diminue au cours de la campagne (avec les résidus des lignes directrices d’ajustement et non paramétriques LOWESS indiqués ci-dessous en bleu). Le panneau b) montre la même diminution au fil du temps pour la bande passante. Crédit : Institut SETI

De plus, les chercheurs ont utilisé ces observations pour prédire le point de basculement du FRB 20220912A le plus brillant, indiquant leur contribution au taux global du signal cosmique. En fait, cet objet particulier était responsable d’un petit pourcentage de tous les puissants sursauts radio rapides dans le ciel au cours de ces observations.

L’étude a également examiné les schémas temporels des séquences de rafales, en recherchant la répétition au sein et entre les sursauts radio rapides. Aucun schéma clair n’a été trouvé, soulignant l’imprévisibilité de ces phénomènes célestes.

Le rôle du réseau de télescopes Allen

Ce travail démontre le rôle important que joue l’ATA pour percer les mystères des sursauts radio rapides. ATA a la capacité unique d’enregistrer un grand nombre de canaux de fréquence en même temps, même s’ils sont très espacés – par exemple, lorsque certaines fréquences sont très élevées et d’autres très basses. Cela permet des contrôles ponctuels à l’arrivée du FRB, pour limiter ce que le FRB fait simultanément aux hautes et basses fréquences. Les mises à jour continues promettent davantage de capacités pour détecter simultanément de faibles sursauts radio rapides sur davantage de fréquences, garantissant ainsi qu’ATA reste à l’avant-garde du développement de notre compréhension des sursauts radio rapides.

Allen Telescope Array (ATA) basé à l’Observatoire de radioastronomie de Hat Creek, Californie, États-Unis. L’ATA est exploité par l’Institut SETI, est conçu comme un outil dédié à la recherche de signatures technologiques et a le potentiel de devenir une installation puissante pour l’étude des transitoires. Crédit : Joe Marvia

« C’est passionnant de voir ATA participer à la recherche sur le FRB trois ans après le début du programme de mise à niveau », a déclaré le Dr Wael Farah, scientifique du projet ATA à l’Institut SETI et co-auteur. « ATA possède des capacités uniques qui sont utilisées dans de nombreux projets de recherche, y compris des opérations transitoires rapides. »

Cette découverte historique représente une étape importante dans la quête en cours visant à découvrir les secrets des objets extrêmes de l’univers. Alors que les scientifiques continuent d’explorer l’univers, chaque caractéristique unique que nous découvrons nous rapproche de la compréhension des origines et de la nature de ces signaux cosmiques fascinants.

Référence : « Caractérisation du FRB récurrent 20220912A à l’aide du Allen Telescope Array » par Sophia Z. Sheikh, Wael Farah, Alexander W. Pollack, Andrew B. V., Simeon, Muhammad A. Shamma, Luigi F. Cruz, Roy H. Davis, David R. DeBoer, Vishal Gajjar, Phil Karn, Jamar Keetling, Wenbin Lu, Mark Masters, Pranav Premnath, Sarah Schultz, Carol Shoemaker, Gurmehar Singh et Michael Snodgrass, ont accepté, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
arXiv:2312.07756