Webb découvre la petite galaxie hôte du sursaut radio rapide le plus lointain observé à ce jour

Des astronomes utilisant le télescope spatial James Webb, une mission conjointe de la NASA, de l’ESA et de la CSA, ont identifié la galaxie qui a produit FRB 20240304B, que la NASA, l’ESA et l’observatoire W. M. Keck décrivent comme le sursaut radio rapide le plus lointain découvert à ce jour. L’étude, dirigée par Manisha Caleb de l’université de Sydney, a été publiée le 8 octobre dans la revue Science, selon les trois communiqués de presse. Les sursauts radio rapides, découverts pour la première fois en 2007, sont des éclairs radio ne durant que quelques millisecondes qui atteignent la Terre depuis des régions très lointaines de l’univers. La plupart ne sont observés qu’une seule fois et ne sont jamais revus, et leur cause reste inconnue.

L’équipe MeerTRAP a capté le sursaut avec le radiotélescope sud-africain MeerKAT le 4 mars 2024, ce qui explique sa désignation. Les données radio laissaient entrevoir une très grande distance, mais pour la confirmer, il fallait trouver la galaxie d’où provenait le sursaut. Bien que la position fût connue avec précision, les grands télescopes au sol n’y ont rien vu. Selon l’observatoire Keck, une équipe dirigée par le coauteur J. Xavier Prochaska (université de Californie à Santa Cruz) a consacré une heure à photographier cette zone avec l’instrument LRIS du télescope Keck I, sans trouver de galaxie. Prochaska a indiqué que l’équipe en avait conclu que « si nous voulions trouver la source, nous devions aller dans l’espace ».

La caméra NIRCam de Webb a ensuite détecté une galaxie à la position du sursaut, et son spectrographe NIRSpec a mesuré le décalage vers le rouge de la galaxie à 2,148, ce qui situe le sursaut à seulement 3 milliards d’années après le Big Bang. Selon Keck, la mesure s’est appuyée sur la lumière émise par l’oxygène et l’azote. La plupart des sursauts radio rapides enregistrés jusqu’ici se sont produits des milliards d’années plus tard. La galaxie hôte s’est également révélée inhabituelle : les galaxies associées à de tels sursauts sont généralement massives et forment des étoiles, alors que celle-ci est une petite galaxie naine environ 1 000 fois moins massive que ce que l’équipe attendait, bien qu’elle forme activement des étoiles. Elle existait vers le midi cosmique, l’époque où la formation d’étoiles dans l’univers a atteint son pic, et son taux de formation d’étoiles suggère que l’essentiel de ses étoiles a pu naître en l’espace de seulement 30 millions d’années. « La galaxie hôte se démarque dans tout l’échantillon de galaxies dont nous disposons », a déclaré le coauteur Ben Stappers de l’université de Manchester.

Selon les communiqués, ce résultat compte pour le débat sur l’origine de ces sursauts. Une explication veut qu’ils proviennent de la fusion de deux étoiles à neutrons. Comme de telles paires devraient avoir besoin de milliards d’années pour se rapprocher en spirale, les sursauts produits de cette manière devraient apparaître surtout dans des galaxies plus anciennes aux populations stellaires évoluées. Une autre explication désigne un magnétar, une étoile à neutrons jeune et fortement magnétisée laissée par une étoile massive qui finit en supernova ; il pourrait émettre des sursauts, par exemple par des séismes stellaires, sans longue attente, ce qui les placerait dans de jeunes galaxies comme celle-ci. L’ESA et Keck indiquent que la découverte désigne de jeunes magnétars comme cause probable. « Nos travaux suggèrent qu’il est très peu probable que ce FRB ait été produit par une fusion », a déclaré Caleb.

Le sursaut a aussi servi de sonde de l’espace apparemment vide entre sa galaxie et la Terre. Prochaska compare un sursaut radio rapide à une lampe torche cosmique dont le signal garde la trace de tout ce qu’il traverse, ce qui permet aux astronomes de suivre la matière, autrement invisible, de la toile cosmique. Dans ce signal, l’équipe a trouvé les traces de deux structures : un amas de galaxies jusqu’alors inconnu, situé à environ 3,5 milliards d’années-lumière de la Terre, à un décalage vers le rouge de 0,3, et l’amas de la Vierge, tout proche, à environ 54 millions d’années-lumière. Pour l’avenir, les chercheurs estiment que MeerKAT pourrait détecter et localiser plusieurs sursauts par an à des décalages vers le rouge supérieurs à 1,0, soit plus de la moitié du chemin vers le début de l’univers. Ils s’attendent à ce que de nouvelles installations radio accélèrent ce rythme et à ce que Webb soit essentiel pour étudier les galaxies hôtes de sursauts aussi lointains.