Cosmologie. Du travail en perspective pour les chercheurs et étudiants

Jean-Paul Baquiast 28/02/2016

Source Nature The FRB 150418 radio signal.

A waterfall plot of the FRB signal with 15 frequency sub-bands across the Parkes observing bandwidth, showing the characteristic quadratic time–frequency sweep. To increase the signal-to-noise ratio, the time resolution is reduced …

En effet, quelques jours à peine après que l'observatoire Ligo ait annoncé avoir détecté une émission d'ondes gravitationnelles pouvant être attribuée à la fusion de deux trous noirs, le Journal Nature annonçait qu'à l'autre bout du monde, un an auparavant, le radiotélescope australien Parkes avait reçu avec une grande précision ce que l'on nomme un fast radio burst FRB. Il s'agit d'explosions d'ondes radios connues mais rarement observées jusque là, d'une violence considérable et dont l'origine et la raison restaient jusqu'alors mystérieuses

Ce FRB a été nommé FRB 150418. Or, étonnante coïncidence, il avait été observé 1 an auparavant, le 18 avril 2015. Mais l'équipe responsable de cette observation avait préféré étudier l'origine de l'évènement avant de faire publiquement l'annonce. Pour cela, d'autres radiotélescopes, dotés d'une résolution supérieure, avaient été alertés..Le réseau australien dit Australian Parkes Radio telescopes avait balayé le ciel à la recherche d'émissions radios non identifiées. Quelques heures après, le télécope géant Subaru de 8,2m avait pu préciser l'origine du nouveau FRB.

Il s'agit d'une galaxie elliptique dont la distance fur rapidement estimée à 6 milliards d'années lumière, soit la moitié environ de l'univers observable. Son âge était en proportion. Il s'agit donc d'une événement très ancien, les ondes radio se déplaçant à la vitesse de la lumière. L'observation permettait, au moins en partie, de comprendre l'origine des FRB, ou tout au moins des plus violents d'entre eux.

Les galaxies elliptiques sont considérées comme anciennes. Elles abritent un grand nombre d'étoiles en fin de vie, dont beaucoup évoluent en étoiles à neutrons, qui très fréquemment se présentent en couple orbitant de compagnie. Lorsque, en fin de vie, ces couples fusionnent, il se produit un phénomène d'une énergie considérable, éjectant d'énormes quantités de matière en quelques millisecondes, avant de donner naissance à un trou noir. C'est une grande partie de cette énergie qui constitue le FRB. Leur analyse permettra de préciser la nature de la matière éjectée.

Elargir l'analyse

Les FRB sont très proches d'autres phénomènes eus aussi mal expliqués, les explosions de rayons gamma (GRB). Peut-être même correspondent-ils à deux versions d'un même phénomène. Leur observation, conduite récemment, a montré que leurs sources étaient elles-mêmes très éloignées en termes cosmologiques. Les GRB se présentent sous deux formes, de longue durée soit de quelques minutes, et de courte durée soit de quelques millisecondes. Eux aussi ont été attribués à la fusion de deux étoiles à neutrons. Ainsi comparer les FRB et les GRB devrait permettre de comparer l'origine de leurs sources.

Un autre point encore plus intéressant tient au fait que quand une onde radio voyage dans l'univers, elle traverse des quantités considérables de matière inobservable par les moyens classiques, les nuages de gaz et poussières intergalactiques. Ceux ci sont considérés comme constituant 70% environ de la matière ordinaire, le reste étant constitué des astres et planètes que nous connaissons. Les fréquences différentes des ondes radio les traversant, selon leur énergie, selon reçues sur Terre avec un léger décalage. Il dépendra de la proximité, de l'épaisseur et de la composition des poussières et gaz. Ceci renseignera sur leur répartition et leur composition.

Plus intéressant encore, il pourra en être de même concernant la matière noire, Celle-ci est invisible par les moyens actuels, bien qu'elle représente 25% environ des masses totales de l'univers. Le reste est attribué pour 70% à l'hypothétique énergie noire, et seulement 5% à la matière ordinaire. De même que pour les nuages, les fréquences différents des ondes radio la traversant, selon leur énergie, selon reçues sur Terre avec un léger décalage. Celui-ci dépendra de la proximité, de l'épaisseur et de la composition de la matière noire traversée.

On espère d'ailleurs obtenir des résultats analogues avec les ondes gravitationnelles, qui se propageront de façon légèrement différente selon les caractéristiques de la matière noire au sein de laquelle elles se propageront

Toutes ces observations rendues possible par les nouveaux types d'observatoires devraient permettre de préciser bien des aspects de l'univers encore inconnus à ce jour.

Post scriptum. On pourrait légitimement se demander pourquoi l'observatoire d'ondes gravitationnelles LIGO n'a pas perçu de son côté une émission correspondant à ce même FRB 150418 . Il aurait été intéressant de rapprocher les deux signaux. Selon nous, mais c'est à vérifier, l'onde radio et l'onde gravitationnelle, s'il y avait, ont suivi des parcours différents dans l'espace-temps.

Ref . Nature (article payant) http://www.nature.com/nature/journal/v530/n7591/full/nature17140.html