Depuis 2007, les astronomes ont enregistré environ 20 impulsions radio mystérieuses, dont les sources étaient situées bien au-delà de notre galaxie. Le chroniqueur de BBC Earth a décidé d'en savoir plus sur ce phénomène.
Il ne manque pas de phénomènes étranges et mal compris dans l'Univers - des trous noirs aux planètes extravagantes. Les scientifiques ont quelque chose à déconcerter.
Mais un mystère a été particulièrement intéressant ces derniers temps pour les astronomes: de mystérieuses sursauts d'émission radio dans l'espace, appelées impulsions radio rapides.
Ils ne durent que quelques millisecondes, mais ils libèrent environ un million de fois plus d'énergie que le Soleil n'en produit sur la même période.
Depuis la découverte de la première de ces impulsions en 2007, les astronomes ont réussi à enregistrer moins de 20 cas de ce type - toutes leurs sources étaient situées à l'extérieur de notre galaxie et étaient uniformément réparties dans le ciel.
Cependant, les télescopes ont tendance à observer de petites portions du ciel à tout moment.
Si nous extrapolons les données obtenues à tout le ciel, alors, comme le supposent les astronomes, le nombre de ces impulsions radio peut atteindre 10 000 par jour.
Et personne ne connaît la raison de ce phénomène.
Vidéo promotionelle:
Les astronomes ont bien sûr de nombreuses explications possibles, dont certaines semblent très exotiques: collisions d'étoiles à neutrons, explosions de trous noirs, cassures de cordes cosmiques et même les résultats de l'activité de l'intelligence extraterrestre.
«Il y a maintenant plus de théories essayant d'expliquer la nature des impulsions radio rapides qu'il n'y en a en fait d'impulsions», explique Duncan Lorimer, chercheur à l'Université américaine de Virginie-Occidentale et chef de l'équipe de recherche qui a découvert la toute première impulsion radio rapide (également appelée l'impulsion de Lorimer). "C'est un terrain fertile pour les théoriciens."
Mais même si l'explication de la nature des impulsions radio rapides s'avère beaucoup plus courante, elles peuvent tout de même être d'un grand intérêt pour la science.
Ils révolutionneront sans aucun doute notre compréhension de l'univers.
Ces signaux radio sont comme des faisceaux laser traversant l'Univers et rencontrant des champs magnétiques, du plasma et d'autres phénomènes cosmiques sur leur chemin.
En d'autres termes, ils capturent des informations sur l'espace intergalactique en cours de route et peuvent représenter un outil unique pour explorer l'Univers.
«Ils révolutionneront sans aucun doute notre compréhension de l'univers, car ils peuvent être utilisés pour effectuer des mesures très précises», déclare Peng Wee-Li, astrophysicien à l'Université de Toronto.
Mais avant que cela ne puisse se produire, les scientifiques doivent acquérir une meilleure compréhension de la nature des impulsions radio rapides.
Les astronomes ont fait des progrès prometteurs dans ce domaine au cours des derniers mois.
La première chose qui frappa Lorimer à propos de l'impulsion qu'il découvrit fut son intensité.
Lorimer et ses collègues ont examiné les ensembles de données d'archives collectés avec le radiotélescope Parks en Australie. Ils ont recherché des impulsions radio - par exemple, celles émises par des étoiles à neutrons à rotation rapide, appelées pulsars.
J'étais tellement excité cette nuit-là que je ne pouvais pas dormir
Matthew Bales, astronome
Ces étoiles, chacune ayant un diamètre d'une grande ville, ont la densité d'un noyau atomique et peuvent tourner à des vitesses supérieures à 1000 tours par seconde.
Dans le même temps, ils émettent des flux d'émission radio étroitement dirigés, dans le cadre desquels ils sont également appelés balises spatiales.
Les signaux radio émis par les pulsars ressemblent à des pulsations pour un observateur terrestre.
Mais le signal détecté par l'équipe de Lorimer était très étrange.
«C'était tellement intense qu'il a submergé les composants électroniques du télescope», se souvient Lorimer. "C'est extrêmement inhabituel pour une source radio."
L'impulsion a duré environ 5 millisecondes, après quoi son intensité a chuté.
«Je me souviens de la première fois que j'ai vu un diagramme d'élan», a déclaré Matthew Bales, membre de l'équipe de Lorimer, astronome à l'Université de technologie de Swinburne, en Australie. "J'étais tellement excité cette nuit-là que je n'ai pas pu dormir."
Pendant environ cinq ans après la découverte de l'impulsion de Lorimer, elle est restée une anomalie inexpliquée.
Certains chercheurs pensaient qu'il s'agissait simplement d'une interférence instrumentale. Et dans une étude publiée en 2015, il est dit que des impulsions de paramètres similaires sont enregistrées lors du fonctionnement des micro-ondes installés dans la partie économique de l'observatoire des parcs.
Leurs sources se trouvent à l'extérieur de notre galaxie, peut-être à des milliards d'années-lumière de la Terre.
Cependant, depuis 2012, les astronomes travaillant sur d'autres télescopes ont détecté plusieurs autres impulsions radio similaires, confirmant ainsi que les signaux proviennent réellement de l'espace.
Et pas seulement de l'espace - leurs sources se trouvent à l'extérieur de notre galaxie, peut-être à des milliards d'années-lumière de la Terre. Cette hypothèse a été faite sur la base des mesures d'un phénomène connu sous le nom d'effet de dispersion.
Au cours de leur voyage à travers l'Univers, les ondes radio interagissent avec les électrons du plasma qu'elles rencontrent sur leur chemin. Cette interaction provoque un ralentissement de la propagation des ondes, en fonction de la fréquence du signal radio.
Les ondes radio à haute fréquence arrivent à l'observateur légèrement plus rapidement que les ondes radio à basse fréquence.
En mesurant la différence de ces valeurs, les astronomes peuvent calculer la quantité de plasma que le signal a dû transmettre à l'observateur, ce qui leur donne une idée approximative de la distance de la source d'impulsions radio.
Les ondes radio qui nous parviennent d'autres galaxies ne sont pas nouvelles. C'est juste qu'avant la découverte des impulsions radio rapides, les scientifiques n'observaient pas de signaux d'une telle intensité.
L'existence d'un signal, dont l'intensité est un million de fois supérieure à tout ce qui a été détecté précédemment, excite l'imagination
Ainsi, les quasars - noyaux galactiques actifs, à l'intérieur desquels, comme le pensent les scientifiques, se trouvent des étoiles noires massives - émettent une énorme quantité d'énergie, y compris dans la portée radio.
Mais les quasars situés dans d'autres galaxies sont si loin de nous que les signaux radio qu'ils reçoivent sont extrêmement faibles.
Ils pourraient facilement être noyés même par un signal radio d'un téléphone portable placé à la surface de la lune, note Bailes.
Les impulsions radio rapides sont une autre affaire. «L'existence d'un signal un million de fois plus fort que tout ce qui a été détecté précédemment est passionnante», déclare Bailes.
Surtout compte tenu du fait que les impulsions radio rapides peuvent indiquer de nouveaux phénomènes physiques inexplorés.
L'une des explications les plus controversées de leur origine a à voir avec les soi-disant chaînes cosmiques - des plis hypothétiques unidimensionnels de l'espace-temps qui peuvent s'étendre sur au moins des dizaines de parsecs.
Certaines de ces chaînes peuvent être supraconductrices et un courant électrique peut les traverser.
Selon une hypothèse proposée en 2014, les cordes cosmiques se cassent parfois, entraînant une explosion de rayonnement électromagnétique.
Ou, dit Penh, l'explication de ces explosions pourrait être des explosions de trous noirs.
Le champ gravitationnel d'un trou noir est si massif que même la lumière qui y pénètre ne peut pas s'échapper.
Si nous supposons qu'à un stade précoce du développement de l'Univers, de petits trous noirs s'y sont formés, alors maintenant ils peuvent simplement s'évaporer.
Cependant, dans les années 1970. Le célèbre physicien théoricien britannique Stephen Hawking a suggéré que l'énergie peut s'évaporer de la surface des trous noirs vieillissants.
Si nous supposons qu'à un stade précoce du développement de l'Univers, de petits trous noirs s'y sont formés, alors maintenant ils peuvent simplement s'évaporer et finalement exploser, ce qui conduit à une émission instantanée d'émission radio.
En février 2016, les astronomes ont annoncé qu'ils avaient peut-être fait une percée dans la recherche.
Une équipe de scientifiques dirigée par Evan Keehan travaillant au siège de l'interféromètre radio Square Kilometer Array au British Jodrell Bank Astrophysical Center, a analysé les paramètres d'une impulsion radio rapide enregistrée en avril 2015.
Selon les conclusions des astronomes, la source de l'impulsion radio se trouvait dans une galaxie située à 6 milliards d'années-lumière de nous et constituée de vieilles étoiles.
Dans ce cas, les paramètres de l'impulsion radio observée indiquaient la probabilité d'au moins un scénario: collisions d'étoiles à neutrons appariées
Pour la première fois, les chercheurs ont pu déterminer l'emplacement de la source d'émission radio avec une précision de la galaxie, ce qui a été perçu par la communauté scientifique comme une découverte extrêmement importante.
«Identifier la galaxie qui contient la source de l'impulsion radio rapide est une pièce du puzzle», explique Bales, qui a également travaillé dans l'équipe de Keehan. "Si nous pouvons déterminer la galaxie, nous pouvons savoir à quelle distance de nous se trouve la source."
Après cela, vous pouvez mesurer avec précision la quantité d'énergie pulsée et commencer à rejeter les théories les plus invraisemblables concernant son origine.
Dans ce cas, les paramètres de l'impulsion radio observée indiquaient la probabilité d'au moins un scénario: des collisions d'étoiles à neutrons appariées tournant l'une autour de l'autre.
Il semblait que le mystère de la nature des impulsions radio rapides était presque résolu. «J'étais très enthousiasmé par les résultats de cette étude», déclare Lorimer.
Mais quelques semaines plus tard, les scientifiques Edo Berger et Peter Williams de l'Université de Harvard ont remis en question la théorie.
Les conclusions de l'équipe de Keehan étaient basées sur l'observation d'un phénomène que les scientifiques ont interprété comme une atténuation du signal radio après la fin d'une impulsion radio rapide.
La source du signal d'évanouissement était localisée de manière fiable dans une galaxie située à 6 milliards d'années-lumière de la Terre, et les chercheurs pensaient que l'impulsion radio rapide venait de là.
Cependant, selon Berger et Williams, ce que Kian a pris pour un signal radio résiduel - évanouissement - n'avait rien à voir avec une impulsion radio rapide.
Ils ont soigneusement analysé les caractéristiques du signal résiduel en pointant le radiotélescope américain Very Large Array vers une galaxie lointaine.
Les collisions d'étoiles à neutrons se produisent de plusieurs ordres de grandeur moins souvent que la fréquence probable des impulsions radio rapides, de sorte que tous les cas enregistrés ne peuvent pas être expliqués par ce seul phénomène.
Il a été constaté que nous parlons d'un phénomène distinct causé par des fluctuations de la luminosité de la galaxie elle-même en raison du fait qu'en son centre se trouve un trou noir supermassif, absorbant les gaz cosmiques et la poussière.
En d'autres termes, la galaxie scintillante n'était pas le lieu d'où l'impulsion radio rapide était émise. C'est juste que cela se trouvait dans le champ de vision du télescope - soit derrière la vraie source, soit devant elle.
Et si l'impulsion radio n'a pas été envoyée depuis cette galaxie, alors peut-être qu'elle n'a pas été causée par la collision de deux étoiles à neutrons.
Le scénario neutronique a un autre point faible. «La fréquence d'émission des impulsions radio rapides est bien plus élevée que la fréquence de rayonnement attendue des collisions d'étoiles à neutrons», explique Maxim Lyutikov de l'Université américaine de Purdue.
De plus, les collisions d'étoiles à neutrons se produisent de plusieurs ordres de grandeur moins souvent que la fréquence probable des impulsions radio rapides, de sorte que tous les cas enregistrés ne peuvent être expliqués par ce seul phénomène.
Et bientôt, de nouvelles preuves scientifiques réduisirent encore plus la probabilité d'une telle explication.
En mars 2016, un groupe d'astronomes a rapporté une découverte étonnante. Ils ont étudié une impulsion radio enregistrée en 2014 par l'Observatoire Arecibo à Porto Rico. Il s'est avéré que ce n'était pas un événement unique - l'impulsion a été répétée 11 fois en 16 jours.
«Ce fut la plus grande découverte depuis la première sursaut radio rapide», dit Penh. "Cela met un terme au grand nombre d'hypothèses proposées jusqu'à présent."
Toutes les impulsions radio rapides enregistrées précédemment étaient uniques - les répétitions de signaux provenant du même secteur du ciel n'étaient pas enregistrées.
Par conséquent, les scientifiques ont supposé qu'ils pourraient être le résultat de cataclysmes cosmiques, dans chaque cas ne se produisant qu'une seule fois - par exemple, des explosions de trous noirs ou des collisions d'étoiles à neutrons.
Mais une telle théorie n'explique pas la possibilité (dans certains cas) de répéter des impulsions radio en succession rapide. Quelle que soit la cause d'une telle série d'impulsions, les conditions de leur apparition doivent être maintenues pendant un certain temps.
Cette circonstance réduit considérablement la liste des hypothèses possibles.
L'un d'eux, que Buttercup étudie, dit que les jeunes pulsars - des étoiles à neutrons tournant à des vitesses allant jusqu'à un tour par milliseconde - peuvent être des sources d'impulsions radio rapides.
Buttercup appelle ces objets des pulsars sur les stéroïdes.
Au fil du temps, la rotation des pulsars ralentit et une partie de l'énergie de rotation peut être éjectée dans l'espace sous forme d'émission radio.
On ne sait pas exactement comment les pulsars peuvent émettre des impulsions radio rapides, mais on sait qu'ils sont capables d'émettre de courtes impulsions d'ondes radio.
Ainsi, le pulsar situé dans la nébuleuse du crabe est censé avoir environ 1000 ans. Il est relativement jeune et est l'un des pulsars les plus puissants que nous connaissons.
Plus le pulsar est jeune, plus il tourne vite et plus il a d'énergie. Buttercup appelle ces objets des «pulsars à base de stéroïdes».
Et bien que le pulsar de la nébuleuse du crabe n'ait pas assez d'énergie pour émettre des impulsions radio rapides, il est possible qu'il puisse le faire immédiatement après son apparition.
Une autre hypothèse dit que la source d'énergie pour les impulsions radio rapides n'est pas la rotation d'une étoile à neutrons, mais son champ magnétique, qui peut être mille trillions de fois plus fort que celui de la Terre.
Les étoiles à neutrons avec des champs magnétiques extrêmement puissants, les soi-disant magnétars, peuvent émettre des impulsions radio rapides grâce à un processus similaire à celui qui entraîne des éruptions solaires.
Il y a beaucoup de magnétars dans l'univers
Lorsque le magnétar tourne, les champs magnétiques dans sa couronne - la mince couche externe de l'atmosphère - changent de configuration et deviennent instables.
À un moment donné, les lignes de ces champs se comportent comme si vous cliquiez sur un fouet. Un flux d'énergie est libéré, ce qui accélère les particules chargées, qui émettent des impulsions radio.
«Il y a beaucoup de magnétars dans l'univers», dit Bailes. "Ils sont instables, ce qui explique probablement l'apparition d'impulsions radio rapides."
Les hypothèses liées aux étoiles à neutrons sont plus conservatrices et basées sur des phénomènes relativement bien étudiés, elles semblent donc plus probables.
«Toutes les hypothèses de survenue d'impulsions radio rapides, que je considère comme sérieuses et dont je discute sérieusement avec mes collègues, concernent les étoiles à neutrons», explique Bales.
Cependant, il admet que cette approche peut être quelque peu unilatérale. De nombreux astronomes qui étudient les impulsions radio rapides étudient également les étoiles à neutrons, de sorte que leur tendance à voir les premières à travers le prisme des secondes est compréhensible.
Il se peut que nous ayons affaire à des aspects inexplorés de la physique
Il y a aussi des explications plus non conventionnelles. Par exemple, un certain nombre de chercheurs ont suggéré que des impulsions radio rapides surviennent à la suite de collisions de pulsars avec des astéroïdes.
Il est possible que plusieurs hypothèses soient correctes à la fois, et chacune d'elles explique un certain cas d'occurrence d'impulsions radio rapides.
Il est possible que certaines impulsions se répètent, tandis que d'autres ne le font pas, ce qui n'exclut pas totalement l'hypothèse de collisions d'étoiles à neutrons et d'autres cataclysmes à l'échelle cosmique.
«Il se peut que la réponse soit très simple», dit Lyutikov. "Mais il peut aussi arriver que nous ayons affaire à des aspects inexplorés de la physique, à de nouveaux phénomènes astrophysiques."
Indépendamment de ce que les impulsions radio rapides se révèlent réellement être, elles peuvent être d'un grand avantage pour la science spatiale.
Par exemple, ils pourraient être utilisés pour mesurer le volume de matière dans l'univers.
Comme déjà mentionné, les ondes radio rencontrent le plasma intergalactique sur leur chemin, ce qui ralentit leur vitesse en fonction de la fréquence de l'onde.
En plus de pouvoir mesurer la distance à la source du signal, la différence de vitesse des ondes donne également une idée du nombre d'électrons entre notre galaxie et la source de rayonnement.
«Les ondes radio sont encodées avec des informations sur les électrons qui composent l'univers», explique Bailes.
Auparavant, les scientifiques étaient principalement engagés dans ce sujet pendant leur temps libre de recherche fondamentale.
Cela donne aux scientifiques la possibilité d'estimer grossièrement la quantité de matière ordinaire dans l'espace, ce qui les aidera à l'avenir lors du calcul de modèles pour l'émergence de l'Univers.
La particularité des impulsions radio rapides est qu'elles sont une sorte de faisceaux laser cosmiques, dit Pen.
Ils percent l'espace dans une direction spécifique et sont suffisamment intenses pour fournir une précision de mesure supérieure.
«Il s'agit de l'outil de mesure le plus précis dont nous disposons pour étudier des objets distants en ligne de mire», explique-t-il.
Ainsi, selon lui, les impulsions radio rapides peuvent révéler la structure du plasma et des champs magnétiques à proximité de la source de rayonnement.
Lorsqu'elles traversent un plasma, les impulsions radio peuvent scintiller - tout comme les étoiles scintillent lorsqu'elles sont vues à travers l'atmosphère terrestre.
La mesure des caractéristiques de cette scintillation permettra aux astronomes de mesurer les dimensions des régions plasmatiques avec une précision de plusieurs centaines de kilomètres. En raison du potentiel scientifique élevé, et notamment en raison de l'inexplicabilité du phénomène, ces dernières années, l'intérêt des scientifiques pour les impulsions radio rapides a considérablement augmenté.
«Auparavant, les scientifiques étaient principalement engagés dans ce sujet pendant leur temps libre de recherche fondamentale», note Lorimer.
Désormais, les astronomes recherchent intensément des impulsions radio rapides dans les régions encore inexplorées du ciel et continuent d'observer les secteurs du ciel où ces phénomènes ont déjà été enregistrés - dans l'espoir de les enregistrer.
Dans ce cas, la puissance des télescopes du monde entier est utilisée, car lorsqu'une impulsion est observée à partir de plusieurs observatoires, la probabilité d'un calcul plus précis des coordonnées de la source augmente considérablement.
Ainsi, au cours des prochaines années, des radiotélescopes comme le CHIME canadien (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, ou Canadian Hydrogen Intensive Mapping Experiment) pourront observer de vastes zones du ciel et enregistrer des centaines d'impulsions radio rapides.
Plus il y aura de données collectées, plus le phénomène des impulsions radio rapides deviendra compréhensible. Peut-être qu'un jour leur secret sera révélé.
