Le 4 mars 2024, le radiotélescope sud-africain MeerKAT capte un éclair radio de quelques millisecondes à peine. Rien d’inhabituel en apparence : les astronomes détectent régulièrement ces « sursauts radio rapides », ou FRB (pour fast radio bursts). Mais celui-ci, baptisé FRB 20240304B, venait de beaucoup plus loin que tous les autres. Grâce au télescope spatial James-Webb, une équipe internationale menée par l’université de Sydney a enfin trouvé la galaxie d’où il est parti, et elle ne ressemble pas du tout à ce qui était attendu. Les résultats ont été publiés le 8 octobre dans la revue Science.
Un éclair parti il y a plus de 10 milliards d’années
Découverts en 2007, les sursauts radio rapides restent l’une des grandes énigmes de l’astrophysique. En une fraction de seconde, ils libèrent une énergie colossale, puis disparaissent, la plupart du temps sans jamais se répéter. « Ce qui rend les sursauts radio rapides intéressants, c’est que nous ne savons pas ce qui les produit », résume Manisha Caleb, de l’université de Sydney, première autrice de l’étude.
Pour FRB 20240304B, la réponse à une première question est désormais connue : la distance. L’éclair a voyagé pendant plus de 10 milliards d’années avant d’atteindre la Terre. Il a été émis environ 3 milliards d’années après le Big Bang, quand l’Univers n’avait qu’un cinquième de son âge actuel. C’est plus de deux fois plus loin que le précédent record, un sursaut dont la lumière avait mis environ 8 milliards d’années à nous parvenir, annoncé en 2023.
Une galaxie introuvable depuis le sol
Le radiotélescope MeerKAT avait localisé le sursaut avec une grande précision. Pourtant, à cet endroit du ciel, même les plus grands télescopes terrestres ne voyaient rien. Il a fallu l’œil infrarouge de Webb pour révéler une galaxie très faible, puis mesurer précisément sa distance grâce à son spectre.
La surprise est venue de sa taille. « Nous pensions trouver une grande galaxie bien formée, avec beaucoup d’étoiles, et à la place, c’était une petite galaxie naine », raconte Manisha Caleb. Elle est environ mille fois moins massive que prévu, pauvre en éléments lourds et en pleine flambée de formation d’étoiles : la plupart de ses étoiles pourraient être nées au cours des 30 derniers millions d’années environ.
Elle existait à une époque que les astronomes appellent le « midi cosmique », lorsque l’Univers fabriquait des étoiles à un rythme record.
Un indice sur l’origine des sursauts
Cette jeunesse n’est pas un simple détail. Deux grandes familles d’explications s’affrontent pour expliquer les FRB.
La première invoque la fusion de deux étoiles à neutrons, ces cadavres d’étoiles ultra-denses. Mais deux étoiles à neutrons mettent des milliards d’années à se rapprocher jusqu’à la collision. Les sursauts produits ainsi devraient donc surtout venir de galaxies anciennes.
La seconde fait appel aux magnétars, des étoiles à neutrons jeunes dotées d’un champ magnétique extrême, nées lors de l’explosion d’une étoile massive. Elles pourraient émettre des sursauts peu après leur formation, et donc dans des galaxies jeunes et actives. Exactement comme celle-ci.
« Nos travaux suggèrent qu’il est très peu probable que ce sursaut ait été produit par une fusion », conclut Manisha Caleb. Ce résultat va dans le sens de la piste des magnétars, déjà renforcée en 2020 quand un magnétar de notre propre galaxie avait produit un sursaut radio comparable. Mais un seul sursaut ne suffit pas à trancher, et l’origine de ces éclairs reste officiellement inconnue.
Une « lampe torche cosmique »
Les FRB ont un autre intérêt : ils renseignent sur tout ce qu’ils traversent. En chemin, leur signal se disperse. Les ondes radio les plus basses arrivent avec un léger retard, d’autant plus grand que le signal a croisé de matière. « Un sursaut radio rapide, c’est presque comme une lampe torche cosmique », explique J. Xavier Prochaska, de l’université de Californie à Santa Cruz, coauteur de l’étude.
Le signal de FRB 20240304B porte ainsi la trace de deux grandes structures croisées en route : un amas de galaxies jusqu’ici inconnu, situé à environ 3,5 milliards d’années-lumière, puis l’amas de la Vierge, tout proche, à environ 54 millions d’années-lumière.
« C’est une très belle découverte, qui élargit vraiment notre horizon », commente Joeri van Leeuwen, de l’institut néerlandais de radioastronomie ASTRON, qui n’a pas participé à l’étude. Les chercheurs espèrent maintenant détecter des sursauts encore plus lointains, jusqu’à l’époque des toutes premières étoiles. Le futur radiotélescope géant SKA, en construction en Australie et en Afrique du Sud, et dont MeerKAT est un précurseur, devrait les y aider.