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Webb trouve la galaxie hôte du plus lointain sursaut radio rapide connu
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Le 4 mars 2024, le radiotélescope sud-africain MeerKAT a enregistré un éclair radio de quelques millisecondes, catalogué FRB 20240304B d’après cette date. Seul le télescope spatial James Webb a pu trouver la galaxie d’où il venait : une jeune galaxie naine, vue telle qu’elle était 3 milliards d’années après le Big Bang. Aucune galaxie hôte de sursaut radio rapide n’a été identifiée plus loin à ce jour.
Un éclair de quelques millisecondes
Les sursauts radio rapides (FRB, de l’anglais fast radio bursts) sont des impulsions d’ondes radio de quelques millisecondes qui nous parviennent d’autres galaxies. Le premier a été découvert en 2007 dans les données d’archives d’un relevé de pulsars. La plupart ne sont observés qu’une seule fois ; une minorité se répètent.
Sur son trajet jusqu’à nous, chaque impulsion traverse un gaz ténu, électriquement chargé, qui retarde davantage les basses fréquences radio que les hautes. De ce retard, les astronomes déduisent la mesure de dispersion, qui fait le compte des électrons libres sur tout le parcours. Pour FRB 20240304B, elle était inhabituellement élevée, ce qui laissait penser à une source très lointaine ; mais du gaz dense près de la source, ou dans des amas de galaxies rencontrés en chemin, peut aussi la gonfler. Seul le décalage vers le rouge de la galaxie hôte permet de trancher la question de la distance.
D’une position radio à un décalage vers le rouge
MeerKAT est un réseau de 64 antennes radio réparties sur 8 km. Le sursaut a été capté à 0 h 50 UTC par MeerTRAP, un système qui guette les signaux brefs. Dès la détection, MeerTRAP a conservé 300 millisecondes de données brutes issues des 62 antennes alors en service, de quoi fixer la position de l’éclair à environ une demi-seconde d’arc près, soit environ 1/3600 du diamètre apparent de la pleine Lune.
Les images profondes prises au sol avec les télescopes Keck et MMT n’y montraient rien. L’instrument NIRCam de Webb a ensuite trouvé une galaxie pâle à environ 0,3 seconde d’arc de la position du sursaut ; selon les calculs de l’équipe, la probabilité qu’il s’agisse de la galaxie hôte est de 97,5 %. Le spectrographe NIRSpec de Webb a mesuré la lumière émise par son hydrogène et son oxygène, d’où un décalage vers le rouge de 2,148 : la lumière visible de la galaxie nous parvient dans l’infrarouge, ses longueurs d’onde multipliées par trois environ.
Pourquoi la distance compte : peser le gaz entre les galaxies
Plus des trois quarts de la matière ordinaire de l’Univers se trouvent sous forme de gaz diffus, réparti entre les galaxies et autour d’elles, trop ténu pour être vu. Comparer la mesure de dispersion d’un sursaut à sa distance permet de peser ce gaz. En 2020, l’équipe de Jean-Pierre Macquart l’a fait avec une poignée de sursauts : la quantité de matière ordinaire obtenue concordait avec celle que prédisent les mesures de l’Univers primordial. FRB 20240304B étend la méthode à un trajet qui couvre environ 80 % de l’histoire cosmique.
Le signal a traversé davantage d’électrons libres qu’on n’en rencontre d’ordinaire sur un trajet de cette longueur. L’équipe a attribué environ la moitié de cet excédent à deux structures situées sur la ligne de visée : l’amas de galaxies de la Vierge, à quelque 54 millions d’années-lumière, et un groupe de galaxies jusque-là inconnu, à un décalage vers le rouge de 0,31. L’impulsion est aussi arrivée fortement étalée dans le temps, probablement en grande partie à cause du gaz de la galaxie hôte, et l’équipe en conclut que les relevés actuels passent à côté de toute une population de sursauts étalés comme celui-ci.
L’origine des sursauts reste une question ouverte
Deux types de sources sont les principaux candidats. Les couples d’étoiles à neutrons mettraient des milliards d’années à se rapprocher en spirale avant de fusionner ; les fusions devraient donc se produire plutôt dans des galaxies âgées. Un magnétar, jeune étoile à neutrons dotée d’un champ magnétique extrêmement intense, peut se former dans les quelques millions d’années qui suivent une flambée de formation d’étoiles : on l’attendrait donc plutôt dans des galaxies qui forment encore des étoiles. La plupart des galaxies hôtes de FRB connues sont de grandes galaxies à formation d’étoiles ; celle-ci est environ mille fois moins massive que prévu et forme des étoiles si vite qu’à son rythme actuel elle aurait pu les produire toutes en quelque 50 millions d’années : ses étoiles sont jeunes. L’équipe juge donc une fusion très improbable ici. En 2020, un magnétar de la Voie lactée, SGR 1935+2154, a produit un sursaut radio semblable, environ 40 fois moins intense que le plus faible des sursauts extragalactiques.
Pourtant, en 2022, un sursaut répétitif a été localisé dans un amas globulaire appartenant à la galaxie M81 : une boule dense d’étoiles très vieilles, où de jeunes magnétars ne devraient pas se former. On ignore encore si les sursauts uniques et les sursauts répétitifs ont une même cause.
Rien de tout cela n’est observable avec du matériel d’amateur : l’éclair a duré quelques millisecondes et la galaxie hôte est bien trop pâle. Elle se trouve dans la constellation de la Vierge, à environ 12° au nord de l’équateur céleste, une région visible depuis les deux hémisphères, sauf depuis l’extrême sud.
Sources et licences
- Communiqué scientifique ESA/Webb weic2621 (8 octobre 2026) — Détection par MeerTRAP/MeerKAT le 4 mars 2024, recherches infructueuses depuis le sol, NIRCam et NIRSpec, décalage vers le rouge de 2,148, 3 milliards d’années après le Big Bang, galaxie hôte 1 000 fois moins massive que prévu, argument fusion contre magnétar, amas de la Vierge à 54 millions d’années-lumière et amas ou groupe à un décalage vers le rouge de 0,3. Texte crédité à ESA/Webb. https://esawebb.org/news/weic2621/
- Image ESA/Webb weic2621a — Image principale et mention de crédit. Licence : CC BY 4.0, selon https://esawebb.org/copyright/ . https://esawebb.org/images/weic2621a/
- Caleb, Nanayakkara, Stappers et al., Science (8 octobre 2026), A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang — Décalage vers le rouge de 2,148, galaxie hôte de faible masse formant des étoiles, environ 80 % de l’histoire cosmique sondée, forte diffusion impliquant des sursauts non détectés. https://doi.org/10.1126/science.adz2675 . Détails (réseau MeerKAT, mémoire tampon de 300 ms issue de 62 antennes, localisation à 0,28 × 0,48 seconde d’arc, non-détections au Keck et au MMT, écart de 0,3 seconde d’arc, association à 97,5 %, amas de la Vierge et groupe à z = 0,31, environ 100 décalages vers le rouge de galaxies hôtes, pour la plupart inférieurs à 0,5) tirés de la prépublication : https://arxiv.org/abs/2508.01648 Le texte publié dans Science est payant et n’a pas été lu en entier ; les valeurs tirées de la prépublication peuvent différer légèrement dans la version finale.
- Lorimer et al., Science 318 (2007), A Bright Millisecond Radio Burst of Extragalactic Origin — Premier sursaut radio rapide, trouvé dans des données d’archives d’un relevé de pulsars. https://doi.org/10.1126/science.1147532
- Macquart et al., Nature 581 (2020), A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts — Plus des trois quarts des baryons dans du gaz diffus ; densité de baryons tirée de la dispersion des FRB, compatible avec les valeurs de l’Univers primordial. https://arxiv.org/abs/2005.13161
- Bochenek et al., Nature 587 (2020), A fast radio burst associated with a Galactic magnetar — Sursaut radio de SGR 1935+2154 le 28 avril 2020. https://arxiv.org/abs/2005.10828
- Kirsten et al., Nature 602 (2022), A repeating fast radio burst source in a globular cluster — FRB 20200120E dans un amas globulaire du système de M81, ce qui remet en cause les modèles fondés sur de jeunes magnétars. https://arxiv.org/abs/2105.11445
