Les Fast Radio Bursts (FRB) fascinent les astronomes depuis que le premier a été détecté en 2007. Cet événement a été nommé «Lorimer Burst» après son découvreur, Duncan Lorimer de la West Virginia University. En radioastronomie, ce phénomène fait référence à des impulsions radioélectriques transitoires provenant de sources cosmologiques éloignées, qui durent généralement quelques millisecondes en moyenne.
Plus de deux douzaines d'événements ont été découverts depuis 2007 et les scientifiques ne savent toujours pas ce qui les provoque - bien que les théories vont des étoiles qui explosent et des trous noirs aux pulsars et magnétars. Cependant, selon une nouvelle étude d'une équipe d'astronomes chinois, les FRB pourraient être liés à des croûtes se formant autour d '«étoiles étranges». Selon un modèle qu'ils ont créé, c'est l'effondrement de ces croûtes qui conduit à des éclats de haute énergie visibles à des années-lumière.
L'étude, intitulée «Fast Radio Bursts from the collapse of Strange Star Crusts», a récemment paru dans le Journal astrophysique. L'équipe était dirigée par Yue Zhang de la School of Astronomy and Space Science (SASC) de l'Université de Nanjing et comprenait Jin-Jun Geng et Yong-Feng Huang - un postdoctorant et professeur du SASC et du Key Laboratory of Modern Astronomy and Astrophysics ( également à l'Université de Nanjing), respectivement.
Comme ils le déclarent dans leur étude, toutes les tentatives précédentes pour expliquer les FRB n'ont pas été en mesure de déterminer d'où viennent ces phénomènes étranges. De plus, aucun homologue dans d'autres bandes de fréquences n'a été détecté jusqu'à présent pour les FRB non répétitifs et la recherche sur leurs origines a été confondue par l'étude des FRB répétitifs. Cela est dû au fait que les premiers sont souvent attribués à des événements catastrophiques, qui sont incapables de se répéter.
Dans le cas des FRB, ces événements catastrophiques comprennent «des fusées éclairantes géantes magnétariennes, les effondrements d'étoiles à neutrons supramassifs aimantés, les fusions d'étoiles à neutrons binaires, les fusions de naines blanches binaires, les collisions entre étoiles à neutrons et astéroïdes / comètes, collisions entre étoiles à neutrons et blanc nains et évaporation des trous noirs primordiaux. »
Alternativement, dans le cas des FRB répétitifs, divers modèles suggèrent que ceux-ci pourraient être causés par «des pulsars hautement magnétisés se déplaçant à travers les ceintures d'astéroïdes, le transfert de masse binaire de neutrons étoile-naine blanche et les tremblements d'étoiles des pulsars». Dans le cadre de leur étude, l'équipe a proposé un nouveau modèle par lequel l'accumulation et l'effondrement de la matière sur certains types d'étoiles à neutrons (alias «étoiles étranges») pourraient expliquer le comportement des FRB. Comme ils l'expliquent:
«Il a été conjecturé que la matière étrange de quark (SQM), une sorte de matériau dense composé d'un nombre approximativement égal de quarks haut, bas et étranges, peut avoir une énergie par baryon inférieure à celle de la matière nucléaire ordinaire (comme 56 Fe) donc qu'il peut être le véritable état fondamental de la matière hadronique. Si cette hypothèse est correcte, alors les étoiles à neutrons (NS) peuvent en fait être des «étoiles étranges» ».
Selon ce modèle, des étoiles étranges accumulent une couche de matière hadronique (alias «normale») à leur surface au fil du temps. Au fur et à mesure que ces étoiles SQM accumulent de la matière de leur environnement, leurs croûtes deviennent de plus en plus lourdes. Finalement, cela conduit la croûte à s'effondrer, laissant une étrange étoile chaude et nue qui devient une puissante source d'électrons et de paires de positrons.
Ces paires seraient ensuite libérées avec de grandes quantités d'énergie magnétique sur une très courte période de temps. L'équipe a également émis l'hypothèse que lors d'un effondrement, une fraction de l'énergie magnétique serait transférée vers la région de la calotte polaire des étoiles SQM, où l'énergie du champ magnétique est libérée. Cela entraînerait une accélération des électrons et des positrons à des vitesses ultra-relativistes, qui s'étendraient ensuite le long des lignes de champ magnétique pour former une coquille.
Au-delà d'une certaine distance de l'étoile, une émission cohérente dans les bandes radio sera produite, donnant naissance à un événement FRB. Ils théorisent également que ce même phénomène pourrait donner lieu à des FRB répétitifs. Une possibilité est que la croûte d'une étoile SQM pourrait être reconstruite au fil du temps, permettant ainsi des événements répétés. Une seconde est que seules de petites sections de croûte s'effondrent à un moment donné, entraînant ainsi des événements répétés.
Comme ils concluent, d'autres études seront nécessaires avant que cela puisse être dit dans les deux cas:
En raison de cette longue durée de reconstruction, plusieurs événements FRB provenant de la même source ne semblent pas susceptibles de se produire dans notre scénario. Notre modèle est donc plus adapté pour expliquer les FRB non répétitifs… Cependant, il convient également de noter que pendant le processus d'effondrement, si seulement une petite partie (dans la région de la calotte polaire) de la croûte tombe sur le noyau SQM tandis que l'autre partie de la croûte reste stable, alors l'échelle de temps reconstruite pour la croûte peut être nettement réduite et la répétition des FRB serait toujours possible.
Une autre chose qui, selon eux, nécessitera une enquête plus approfondie est de savoir si l'effondrement de la croûte d'une étrange étoile pourrait entraîner un rayonnement électromagnétique autre que les ondes radio. À l'heure actuelle, les émissions dans les bandes de rayons X et gamma seraient trop faibles pour que les détecteurs de courant puissent les observer. Pour ces raisons, des recherches supplémentaires sur les sources FRB avec des instruments plus sensibles sont nécessaires.
Il s'agit notamment du télescope Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) - situé à Penticton, en Colombie-Britannique - et du Square Kilometer Array (SQA) actuellement en construction en Afrique du Sud et en Australie. Ces installations, optimisées pour la radioastronomie, devraient en révéler beaucoup plus sur les FRB et d'autres phénomènes cosmiques mystérieux.
