Mystérieux sursauts radios intergalactiques observés à Parkes

Découverte d’un nouveau monstre du cosmos

Les astronomes ressemblent parfois à ces pêcheurs qui, involontairement, ramènent dans leurs filets des animaux ou des objets qu'ils ne s'attendent pas à y trouver. C'est ce qui est arrivé en 2007 à David Narkevic. A l'époque, cet étudiant en physique de l'université de Virginie-Occidentale cherche, dans les données reçues par le radiotélescope australien de Parkes (en photo ci-dessus), la signature de pulsars. Pour bien comprendre ce qu'est un pulsar, il faut retracer la fin de vie d'une étoile massive qui n'a plus de carburant pour entretenir de réaction thermonucléaire en son cœur et soutenir la pression des couches supérieures de l'étoile. Celles-ci s'effondrent sur ce cœur et le compriment tant et tant que protons et électrons de la matière fusionnent pour former des neutrons.

Lorsque les couches externes de l'étoile atterrissent sur cette boule de neutrons ultra-dense, elles rebondissent violemment et sont éjectées dans l'espace en une gigantesque libération d'énergie, la supernova. Ne subsiste plus qu'une étoile à neutrons, dont la densité est telle que plus de la masse de notre Soleil tient dans une sphère dont le diamètre équivaut à celui de Paris. Un pulsar est un type particulier d'étoiles à neutrons en rotation ultra-rapide sur lui-même et qui émet un faisceau d'ondes électromagnétiques, le plus souvent dans le domaine des ondes radio. Si la Terre a la chance de se trouver en face de ce faisceau, les radioastronomes peuvent capter un signal d'une régularité de métronome.

C'est ce type de signal que David Narkevic a ramené dans son filet, croyant qu'il s'agissait d'un pulsar. Mais il y avait un problème. Les pulsars sont les horloges quasi immuables de notre galaxie et ne s'arrêtent pas d'un seul coup, loin de là. Or, dans ce cas précis, non seulement le signal n'avait duré que quelques millièmes de seconde mais il semblait bien venir de bien plus loin que la Voie lactée. Cette bouffée d'ondes radio devait donc trahir un phénomène très court mais aussi très énergétique pour qu'on puisse le détecter de si loin : en bref, un cataclysme cosmique. A priori, un tel phénomène devait être accompagné de manifestations dans d'autres parties du spectre électro-magnétique. Mais, que ce fût en lumière visible, dans les rayons X ou dans les rayons gamma, rien de rien n'avait été noté dans cette région de l'espace. Cela s'appelle un gros hic, voire un mystère.

Les années ont passé et, en même temps qu'on s'est pris à douter de l'origine extra-galactique du signal reçu en 2007, les chercheurs ont maintenu une certaine vigilance envers d'éventuelles bouffées d'ondes radio. A raison si l'on en croit un article publié ce vendredi 5 juillet dans Science. Une équipe internationale y annonce la découverte de quatre de ces "flashes" radio, toujours grâce à la grande antenne de 64 mètres de diamètre de l'observatoire de Parkes. D'après cette étude, l'origine extra-galactique des signaux ne fait aucun doute car ceux-ci ont gardé la trace du milieu qu'ils ont traversé durant leur long parcours. Tous les quatre proviennent en effet de sources situées à plusieurs milliards d'années-lumière. L'énergie émise en quelques millisecondes par le cataclysme qui leur a donné naissance équivaut à celle que produit le Soleil en plusieurs centaines de milliers d'années ! Mais, de nouveau, on ne trouve de contrepartie à ces flashes dans aucune autre longueur d'onde. C'est comme si le phénomène ne connaissait que les ondes radio...

Dans leur article, les auteurs de la découverte passent en revue le petit bestiaire des monstres cosmiques pour essayer de voir lequel pourrait correspondre aux observations. Hélas, aucun ne trouve vraiment grâce à leurs yeux si ce n'est le magnétar, un type particulier d'étoiles à neutrons dotées du champ magnétique le plus puissant de l'Univers. Mais ces chercheurs n'expliquent pas comment ces astres, qui sont le théâtre de dégagements réguliers d'énergie, pourraient "sélectionner" uniquement des ondes radio.

Une autre hypothèse a été émise le 4 juillet sur le site de pré-publications scientifiques arXiv par deux astrophysiciens de l'université de Nimègue (Pays-Bas), qui proposent une solution audacieuse. On a vu au début de ce billet comment naissent les étoiles à neutrons mais j'ai omis de dire que si l'étoile initiale est très massive, les neutrons eux-mêmes ne peuvent pas résister à la gravitation immense qui s'exerce sur eux : la contraction de l'étoile se poursuit donc et cela donne... un trou noir, un objet dont le champ gravitationnel est si intense que rien, pas-même la lumière, ne peut s'en échapper. Dans leur article, ces deux chercheurs imaginent un résidu d'étoile un peu trop massif pour rester au stade de l'étoile à neutrons. Il devrait donc s'effondrer en un trou noir... sauf si sa vitesse de rotation est suffisamment importante pour que la force centrifuge contrecarre la force de gravitation.

Tant que ce corps céleste tourne assez vite sur lui-même, le statu quo demeure. Mais l'étoile à neutrons est vouée à ralentir petit à petit. Lorsque sa vitesse de rotation n'est plus assez importante pour empêcher la gravitation de prendre le dessus, elle se transforme brutalement en trou noir. Cependant, en théorie, sa magnétosphère, c'est-à-dire la région de l'espace dominée par le champ magnétique de l'étoile, n'est, elle, pas engloutie par le monstre. Tranchée net, elle se reconnecte à l'extérieur du trou noir en produisant une bouffée d'ondes radio... et rien d'autre. Les deux auteurs de l'étude vont jusqu'à donner un nom au phénomène, le "blitzar" (du mot allemand "blitz", qui signifie "éclair").

L'hypothèse est séduisante. Encore faut-il vérifier qu'elle puisse "coller" avec le nombre de bouffées radio qu'on suppose se produire dans l'Univers. L'étude de Science, en se basant sur le nombre d'événements détectés, la portion de ciel scrutée et le temps passé, a en effet calculé que le phénomène doit être très fréquent puisque dix mille par jour sont censés se produire. Selon l'un des auteurs de l'article, Michael Kramer, directeur de l'Institut Max Planck de radioastronomie (Bonn), "les bouffées durent le dixième d'un clignement d'œil. Avec les télescopes actuels, il nous faut de la chance pour regarder le bon endroit au bon moment. Mais si nous pouvions voir le ciel entier avec des "yeux radio", nous verrions des flashes partout dans le firmament tous les jours." D'où l'idée d'améliorer la conception des futurs radiotélescopes afin de les adapter à ces éphémères signaux jusqu'alors inconnus, porteurs d'informations sur le milieu intergalactique, le vide pas si vide des espaces infinis chers à Pascal.