Les sursauts radio rapides commencent à être utilisés pour évaluer les masses de matière diffuses, et donc quasiment invisibles, présentes dans notre environnement spatial. Ils vont nous faire progresser dans notre connaissance de l’Univers.
En août 2019 j’écrivais pour mon blog du Temps, un article sur les trois premiers sursauts radio rapides, FRB (Fast Radio Burst), dont on avait pu, la même année, identifier la source. Les premiers FRB non sourcés, avaient été observés en 2007 et on atteignait alors la centaine. Aujourd’hui on a passé le seuil du millier et parmi ceux-ci une centaine ont une source connue. Cette quantité permet de faire des analyses de plus en plus précises sur les milieux traversés. Et on fera de mieux en mieux. L’objet est d’en sourcer au moins 300 avec le même dispositif (voir ci-dessous).
Les FRB sont des émissions en partie radio mais surtout micro-ondes (de longueurs d’ondes allant d’environ 0,8 à 10 cm et de fréquences allant d’environ 1 à 30 gigahertz). Ils ne durent que quelques millisecondes et, sauf exception, ils sont uniques (non périodiques). Ils correspondent à des événements ultrapuissants pouvant survenir à tout moment partout dans l’Univers (les sources identifiées ont été localisées de 11.74 millions à 9.1 milliards d’années-lumière). Ceux qui ont les longueurs d’ondes les plus grandes parviennent jusqu’à la surface de la Terre. Mais ces longueurs d’ondes sont très utilisées par l’homme, ce qui peut les brouiller (et qui justifie qu’on installe leurs capteurs dans les déserts) !
Le fait que ce soit des événements puissants et très courts, permet d’analyser le ralentissement subi par la traversée d’une masse baryonique pourvu qu’on parvienne à bien localiser leur source (emplacement sur la voûte céleste et distance). En effet, ce ralentissement sépare les différentes longueurs d’onde (comme la lumière lorsqu’elle passe par un prisme) et les angles de séparation peuvent être utilisés pour déterminer la force du freinage et donc la densité de matière des nuages ou des structures traversés. Pour l’appréciation de cette densité, les comparaisons sont évidemment essentielles et plus on aura d’observations plus l’évaluation de chacune deviendra précise.
Les observations utilisées à ce jour ont été faites principalement par le réseau des 110 radiotélescopes interférométriques du premier DSA (Deep Synoptic Array) de l’OVRO (Owen Valley Radio Observatory) qui appartient au CalTech. Ce “DSA-110” opère dans un spectre allant de 1,28 à 1,53 GHZ. Il a été construit à partir de 2020 avec le financement de la NSF (National Science Foundation), spécialement pour l’identification de sources de FRB. Ceci en dit beaucoup sur l’importance que l’on donne à ces phénomènes. Les autres observations ont été faites par l’ASKAP (Australian Square Kilometer Array), partie du plus vaste réseau SKA, installé en Australie Occidentale (spectre 0,7 à 1,8 GHZ). Ces observations sont complétées par une collaboration avec l’Observatoire Keck et celui du Mont Palomar (les caractéristiques de chaque émission radio sont transmises aux télescopes optiques de ces observatoires pour qu’ils visualisent les sources et évaluent les distances). On est ‘en plein’ dans l’astronomie ‘multimessager’ qui est le mode de fonctionnement de l’astronomie de demain (examen d’un événement en utilisant toutes les longueurs d’ondes – ou autres vecteurs tels que ondes gravitationnelles ou neutrinos – dans lesquelles il s’est exprimé). A noter que l’étude basée sur ces observations et qui vient d’être publiée, a été produite par une équipe du CalTech, dirigée par le Professeur-assistant Vikram Ravi (lien ci-dessous).
La suite est déjà en cours de préparation. C’est un second DSA, le ‘DSA-2000’ dont la construction a été décidée en 2024 et dont la première lumière pourrait être captée dès 2028. Il comprendra 2000 antennes dressées sur une surface de 285 km2. Il dépend toujours de l’OVRO mais est localisé dans le désert de l’Utah (l’OVRO se trouve en Californie à la frontière avec le Nevada et au Nord de la Vallée de la Mort, le DSA-2000 se trouvera dans le désert près de la frontière de l’Utah). Il a été lancé par un financement privé (Schmidt Sciences) ce qui montre que la recherche scientifique peut continuer, même sans le gouvernement fédéral. Le spectre traité ira de 0,7 à 2,0 GHZ. DSA-2000 doit commencer ses opérations par une revue de l’ensemble du ciel visible à partir de sa localisation au sol (soit 31000 degrés carré sur 41253 degrés carré pour l’ensemble de la voûte céleste) sur 5 ans (le réseau est construit un peu au-dessus de 30°N). Le dispositif ne sera pas restreint à la détection des FRB mais ce sera l’un des services qu’il pourra rendre (il sera utilisé aussi pour l’astronomie gravitationnelle, l’étude de l’évolution des galaxies, et la caractérisation du ciel radio variable dans son ensemble). On s’attend à ce qu’il en détecte jusqu’à 10.000 par an. Cette ‘performance’ viendra de ses capacités inégalées de flexibilité (comme le DSA-110 mais à grande échelle) et de sensibilité (grâce à des semiconducteurs permettant de se passer de refroidissement chimique). Il sera notamment extrêmement rapide (environ 1.000 fois plus que le Very Large Array, ‘VLA’ ; environ 200 fois plus que MeerKAT ; et environ 6 fois plus rapide que n’importe quel autre réseau en développement). Plus que jamais, l’interféromètre travaillera en collaboration avec les grands télescopes, dont le Vera Rubin en cours de construction au Chili, sur tous les phénomènes susceptibles d’émettre des signaux radios (puisque son objet est de les recueillir).
Dans les années à venir nous allons donc pouvoir mieux évaluer les masses de matière cachées car trop diffuses pour être perçues par nos autres appareils de détection/observation. Nous allons ainsi pouvoir mieux percevoir l’ensemble des masses baryoniques diffuses (froides) liées aux galaxies (leurs ‘halos’) ou localiser et évaluer les nuages d’hydrogènes (chauds) qui s’étirent entre les galaxies (dont certains, en fonction de perturbations, donneront peut-être un jour de nouvelles étoiles et galaxies). Le problème n’est pas négligeable car cette ‘missing matter’ constitue (d’après le Caltech) 76% de la matière baryonique (celle que l’on peut toucher et voir). On parle aussi du ‘problème des baryons manquants’.
Ceci dit, attention ! Je ne parle pas ici de la ‘matière noire’ car elle n’interfère pas avec ces rayons. Notre matière baryonique ne constitue elle-même que 16% de la totalité de la matière (comprenant les deux formes). Par ailleurs la totalité de la matière ne constitue que 32% du total de ce qu’il y a d’énergie/matière dans l’Univers car la matière baryonique n’en constitue que 5% (plus précisément 4,8%) et la matière noire, 27%. Le reste, 68%, est constitué par l’énergie sombre. Connaître mieux la ‘missing matter’ de la matière baryonique ne nous permettra donc pas de répondre à l’ensemble de nos questions. Mais la matière noire n’est pour le moment que le nom donné à un phénomène apparemment gravitationnel que l’on ne s’explique pas et qui n’a peut-être pas plus de réalité matérielle que les épicycles des anciens astronomes. Connaître mieux la ‘missing matter’ nous permettra donc, peut-être, de « revoir notre copie » sur cette hypothèse.
Illustration de titre : crédit Jingchuan Yu, Planétarium de Pékin. Les couleurs représentent le sursaut arrivant à différentes longueurs d’ondes (les plus longues, en rouge, arrivant plusieurs secondes après les plus courtes, bleues) en raison de la « dispersion » résultant de leur voyage au travers du plasma intergalactique. Vous remarquerez également la faible « torsion » (rotation) des rayonnements (autre facteur d’appréciation du medium traversé).
Liens :
https://arxiv.org/html/2409.16952v1
https://arxiv.org/abs/1907.07648
https://www.caltech.edu/about/news/missing-matter-in-universe-found
https://en.wikipedia.org/wiki/Missing_baryon_problem
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18 réponses
Je ne résiste pas à partager avec vos lecteurs le plaisir de découvrir que certains de ces FRBs historiquement enregistrés se sont avérés avoir une origine terrestre tout à fait triviale. On les a baptisés « perytons » en 2011 (c’est le nom d’un animal mythique, une sorte de cerf ailé).
Ainsi le fameux Observatoire de Parkes en Australie (64 mètres de diamètre) a souvent détecté des signaux qui provenaient de l’ouverture intempestive d’un four à micro-onde dans sa cafétéria.
Le petit radiotélescope de l’Institut d’astronomie de l’EPFZ à Bleien en Argovie (deux paraboles de 5 et 7 mètres en service depuis 1979), membre depuis 2008 du réseau e-CALLISTO, en a aussi détecté :
https://en.wikipedia.org/wiki/Peryton_(astronomy)
Bonjour Pierre Brisson
Bonjour Christophe de Reyff
Oui en effet : cette recherche sur les FRB a ete annoncee li y a 3/4 jours par des scientifiques de l universite de Californie. On parle ici de matiere classique.Cela concerne l espace intersideral ce qui m interesse beaucoup: je me represente notre systeme solaire comme une sorte de bulle magnetique dont la forme exacte est inconnue et qui orbite avec les bulles des autres etoiles dans le bras spiral de la galaxie autour de son centre dans un milieu plasma tres chaud(30000 degres apparem.) bombarde de particules et siege de champs magnetiques puissants et torsades …bon c est pas un coin tranquille…Mais j aimerais bien que l on envoie la haut ce qu il faut afin d en savoir plus.
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pour ca il faut des vaisseaux type VOYAGER en beaucoup plus performant et des missions s etalant sur 3 ou 4 generations de scientifiques…
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et dans toutes les directions en plus…
Merci de vos commentaires, Robert Niogret.
Mais il faut absolument les regrouper car vos segmentations créent un problème dans la fluidité des réponses.
ce qui est bien c est que nous connaissons les pourcentages des differents types de matieres baryonique noire energie sombre.
Evenement : autour de CE ANTILAE TWA7 situee a 111 AL soit a proximite de chez nous une planete a ete observee en vue directe ce qui est une premiere remarquable…
Ce qui pourrait signifier que l on pourra bientot observer TEEGARDEN B ET C situees a seulement 11 AL…
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De plus cela met a notre portee d observation avec JWST ou un autre futur instrument PROXIMA B tres proche 4AL : on sait deja qu elle subit un verrouillage gravitationnel , que la face constamment au soleil depasse 100 degres celsius , que l ocean qui s y trouve est vaporise ,que cette face subit des bombardements de son soleil dix fois superieurs a la terre , MAIS que la face opposee constamment ne subit pas ces phenomenes et peut presenter une temperature tres froide avec une bonne couche de glace et que la zone intermediaire peut etre temperee sur une faible distance qu il peut y avoir du volcanisme et que globalement cette planete ressemble a la Terre.on ne sait pas encore si atmosphere il y a et encore moins sa possible composition.et de plus si atmosphere existe les vents resultants de la difference de temperatures entre les faces doivent etre puissants…DONC cela vaut le cout d observer cette planete en « direct » PAR CONTRE le projet BREAKTROUGH STARSHOT parait impossible a cause du « »climat existant « » dans la zone post heliopause trop de radiations qui vont derouter les voiles solaires . C est pourquoi je crois qu il faut etudier cette zone en details afin de voir si ce « »CLIMAT » » tumultueux est tres etendu ou au contraire localise: en fonction des resultats on pourra envisager cette mission ou la modifier:les choses de preference doivent etre faites dans le bon ordre.
On fantasme beaucoup sur les planètes qui se trouvent dans la zone habitable des naines rouges mais peut-être à tort.
En effet le problème de ces étoiles est que leur densité n’est pas telle (problème de gravité) que leur contenu soit bien réparti en couches homogènes. Les mouvements de convection parcourt l’ensemble de la masse et il en résulte une très forte irrégularité des émissions externes, notamment en ultra-violet. Ces émissions sont très peu favorables à la vie qui répond certes à des stimulants extérieurs mais qui a besoin aussi de stabilité sur des périodes suffisamment longues pour confirmer/assurer une évolution entreprise.
Cela est un argument négatif pour la possibilité d’une vie sur la face planétaire exposée à l’étoile. Par ailleurs la face non exposée est forcément très froide (même s’il y a une atmosphère de densité terrestre).
La seule possibilité théorique est une mince bande situé à proximité du terminateur, là où il y a un peu de lumière mais où ne parvient pas trop d’énergie de l’étoile pour qu’il ne fasse pas trop froid.
En fait les planètes en zone habitable des naines rouges sont très différentes de la Terre et il est peut-être abusif de considérer qu’elles sont véritablement dans une zone habitable. L’eau liquide (à supposer qu’il y en ait sur ces planètes!) est sans doute une condition nécessaire pour la vie mais pas forcément une condition suffisante.
si l on parvient a cartographier ( appelons cela ) ces puissants vents de particules on pourra peut etre les utiliser pour gonfler nos voiles solaires dans le futur et etre capable d envoyer tres loin et tres vites des sondes dans les directions choisies.
Attention! les rayonnements de FRB sont extrêmement courts (on les mesure en millisecondes!). Ils sont inutilisables pour la propulsion.
L idéal serait de lancer le télescope Nancy Roman ou à défaut d installer un choronographe sur le télescope Hubble.
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ce qui permettrait de verifier que proxima B subit bien un verrouillage gravitationnel: en effet la presence d une calotte de glace sur la face obscure entrainerait par sa masse un effet de precession sur l axe de rotation de la planete: si precession planete tourne si pas de precession verouillage gravitationnel. En effet une rotation entrainerait une relative homogeneisation de la temperature sur les deux faces de la planete . Pour cela il nous faut un bon coronographe.
Il y a très peu de chance qu’il n’y ait pas verrouillage gravitationnel à la distance à laquelle se trouve la planète (Proxima b ») qui orbite autour de Proxima du Centaure. Elle est certes dans la zone dite « habitable » (notion de température) mais elle est extrêmement proche (année de 11 jours).
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Ceci dit l’étude de cette planète serait très intéressant puisque c’est l’exoplanète de taille à peu près terrestre que l’on pourrait le mieux observer.
Pour revenir au sujet aborde hier le probleme est d atteindre l heliopause le plus vite imaginable en accord avec nos possibilites technologiques de facon a ecourter le plus possible la duree d une mission multigenerationnelle; La NASA a etudie il y a quelques annees le concept hertz e sail a vrais dire tres seduisant qui permettrait de rejoindre l heliopause en env. 10 ans a comparer avec les 35 ans et plus pris par les sondes VOYAGER: cela fait deja 1 generation de gagnee! avec une propulsion gratuite en sus!
Dans le passe lointain j avais regarde et meme calcule la possibilite d envoyer une sonde avec un lanceur tres puissant perpendiculairement au plan du systeme solaire pour ensuite la laisser descendre grace a l attraction gravitationnelle du systeme solaire » entier » selon une trajectoire balistique acceleree pour prendre une vitesse maximale….je me souviens qu a l epoque j avais obtenu un prix final enorme et une vitesse faible alors j avais abandonne !
mais bon j avais peut etre fait des erreurs de calcul parce que j avais trouve ca terriblement complique!
Attention Robert, l’héliopause n’est pas la limite d’attraction gravitationnelle du Soleil, seulement la limite à laquelle le vent solaire est arrêtée par le milieu interstellaire. NB: Du fait du déplacement du système solaire autour du centre galactique le volume déterminé par ce vent solaire est asymétrique.
Si l’on veut aller à la frontière du volume (sphérique) de l’attraction gravitationnelle solaire, il faut aller beaucoup plus loin, jusqu’à la limite des nuages de Oort extérieurs.
Oui c est bien vrai c est pourquoi il nous faut des sondes très rapides. A l’époque où j avais ça je m étais dit:impossible! Mais maintenant je me dis que c est peut être possiblement possible!!! Donc il y a un progrès!
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En conjuguant le projet Herts e sail pour atteindre l heliopause avec le projet breakthrougt au dela de l heliopause on pourrait peut etre atteindre Proxima b eu 15 à 20 annees environ….c est coherent.ce qui semble assez genial! a condition que l on cannaisse exactement ce qu il se passe dans l espace intersideral au niveau des vents de particules .
Les rayonnements cosmiques, ‘GCR’ (Galactic Cosmic Rays) sont multidirectionnels. Nous recevons des radiations ou des particules (UHECP, Ultra high energy cosmic particles) de tout l’espace. Il est donc illusoire de vouloir utiliser ces GCR pour se propulser.
La seule possibilité est d’utiliser les radiations d’un système quand on pénètre dans sa sphère d’influence. Il y pour tout système planétaire un volume au sein duquel domine la force gravitationnelle de son étoile-soleil et, bien sûr, en s’approchant, on entrera dans son héliosphère. Cela se compliquera pour les systèmes multiples, les binaires sont la majorité des cas (du moins tant que l’on se sera pas plus près de l’une que de l’autre étoile.
Dans tous les cas, on pourrait théoriquement utiliser la force gravitationnelle mais aux limites, elles sont extrêmement faibles.
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Il existe aussi des courants inter-systèmes. Je les ai évoqués dans un de mes articles. Pour le moment on ne les a jamais utilisés.
je ne parle pas forcemment de ces rayonnements la qui sont connus!je cause des flux de particules non cartopgraphies et non connus.
Il pourrait s agir des protons qui s échappent en franchissant chaque bulle magnétique d une étoile en parvenant à franchir les heliopaused respetives: alors ceux ci peuvent être pris en charge par les champs magnétiques et organisés pour finalement former des rivières de protons qui seraient susceptibles de prendre en charge des voiles solaires .il ne s agit pas des rayons cosmiques mais d’autre chose à caryographier
Et là les difficultés commencent! Comment visualiser des protons dans l espace?il n y a pas de détecteurs sur place! Pas d effets associés aux protons susceptibles d être surveillés à distance…il y a bien les effets connus d une collision proton proton mais non visaluisable à distance …donc là ça coince. Ça coince sévèrement !
peut etre un effet de freinage type bremsstrahlung par interaction entre les rayons cosmiques et d autres particules non relativstes…si c est le cas il pourrait y avoir emission de photons c est a dire de lumiere…? allez donc savoir?