Depuis près de deux décennies, les sursauts radio rapides servent aux astrophysiciens de sondes cosmiques : leur mesure de dispersion (le retard du signal dans le plasma) permet de peser la distribution de la matière ionisée le long de la ligne de visée. La relation de Macquart relie cette mesure au décalage vers le rouge et offre un moyen indépendant d'estimer la constante de Hubble et la contribution des baryons. Cependant, jusqu'à présent, presque tous les FRB localisés se trouvaient à des décalages vers le rouge inférieurs à 0.5, et la région z > 1 restait inexplorée en raison de la sensibilité limitée des télescopes et des difficultés à obtenir des spectres de galaxies lointaines. La découverte de FRB 20240304B à z=2.148 comble cette lacune et transporte pour la première fois la méthode à l'époque du midi cosmique, le pic de formation d'étoiles il y a environ dix milliards d'années. Ce travail s'inscrit dans la lignée des études qui utilisent les FRB pour sonder les champs magnétiques, la toile cosmique et la tension de Hubble, mais fait un pas décisif vers les grands décalages vers le rouge.
Le sursaut FRB 20240304B a été détecté le 4 mars 2024 par le système MeerTRAP sur le radiotélescope MeerKAT (Afrique du Sud) dans la bande 856–1712 MHz. La mesure de dispersion, après correction de la diffusion, est de 2458.20 ± 0.01 pc/cm³. La localisation, avec une précision d'environ 0.3 seconde d'arc, a été réalisée à partir des données de l'interféromètre, en utilisant le catalogue VLASS pour le calage astrométrique. Les observations au sol avec les télescopes Keck et MMT n'ont pas révélé de galaxie hôte jusqu'aux magnitudes limites R=26.24 et J=23.38, ce qui indiquait une grande distance. Des observations ont alors été menées avec le télescope spatial James Webb : la caméra NIRCam dans les filtres F200W et F322W2 a détecté une galaxie faible à 0.3 seconde d'arc de la position du sursaut, et le spectrographe NIRSpec en champ intégral a mesuré les raies d'émission Hα et [OIII], donnant un décalage vers le rouge spectroscopique z=2.148 ± 0.001. La probabilité d'association du sursaut avec cette galaxie, selon la méthode bayésienne PATH, est de 97.5%.
FRB 20240304B s'avère être le plus lointain de tous les sursauts radio rapides localisés : son décalage vers le rouge de 2.148 correspond à une distance lumineuse de 17.4 Gpc et à un âge de l'Univers d'environ 3 milliards d'années. L'énergie du sursaut dans le référentiel au repos est d'environ $10^{41}$ erg, ce qui se situe à la limite supérieure de la gamme typique des FRB. La galaxie hôte est un système nain avec une masse stellaire d'environ $10^7$ masses solaires, un taux de formation d'étoiles d'environ 0.2 masse solaire par an et une métallicité de 10–20% de celle du Soleil. Le taux de formation d'étoiles spécifique la place au-dessus de la séquence principale, ce qui indique une explosion de formation d'étoiles et un jeune âge : le temps de formation de toute la masse stellaire est estimé à 52 millions d'années. Le sursaut est fortement polarisé linéairement (49%) avec une mesure de rotation de −55.6 ± 0.5 rad/m². Compte tenu de la faible contribution de la Voie lactée et des sources proches, cela signifie que la mesure de rotation observée est principalement intrinsèque, et dans le référentiel au repos, elle augmente jusqu'à environ −550 rad/m². L'excès de mesure de dispersion par rapport à la valeur médiane pour ce décalage vers le rouge est d'environ 550 pc/cm³ ; il s'explique par la traversée de l'amas de la Vierge (contribution d'environ 235 pc/cm³) et d'un groupe de galaxies à z=0.311 (environ 33 pc/cm³).
Cette découverte double la gamme de décalages vers le rouge des FRB localisés et démontre pour la première fois que de tels sursauts naissent à l'époque du midi cosmique. Contrairement aux travaux voisins qui étudiaient les FRB à des décalages vers le rouge faibles ou modérés ou utilisaient des estimations statistiques, ici, pour la première fois, une confirmation spectroscopique directe est obtenue pour z>2. Les propriétés de la galaxie hôte, faible masse, formation d'étoiles active, faible métallicité, indiquent un court délai entre l'explosion de formation d'étoiles et l'apparition du FRB, ce qui est cohérent avec les modèles de magnétars jeunes. Cela exclut les scénarios avec de longs délais, comme les fusions d'étoiles à neutrons, pour la plupart des FRB. De plus, ce travail montre que les FRB peuvent être utilisés pour la tomographie de la toile cosmique et la mesure des champs magnétiques à l'échelle du gigaparsec.
Avec la mise en service d'interféromètres plus sensibles, tels que SKA-Mid, et l'utilisation conjointe de télescopes spatiaux pour l'identification des hôtes, on s'attend à une forte augmentation du nombre de FRB à z>2. Cela permettra de construire un échantillon statistiquement significatif pour tester la relation de Macquart dans l'Univers lointain, d'affiner la constante de Hubble et d'étudier l'époque de la réionisation. Il sera également possible d'étudier l'évolution des champs magnétiques dans le milieu intergalactique et dans les halos de galaxies à grands décalages vers le rouge.
Le résultat a un impact sur la cosmologie (mesure indépendante de la distribution des baryons et de la constante de Hubble), l'astrophysique des galaxies (formation d'étoiles dans les systèmes nains) et la physique des étoiles à neutrons (nature des sources FRB).
Il est nécessaire de mener une recherche systématique de FRB à z>2 avec MeerKAT et les futurs instruments, ainsi qu'une modélisation détaillée de la contribution des amas et des groupes de galaxies à la mesure de dispersion le long de la ligne de visée.
Pour la radioastronomie, le problème clé non résolu est la nature des sources FRB et leur lien avec la population d'étoiles à neutrons. La découverte d'un FRB à z=2.148 dans une galaxie naine à formation d'étoiles active confirme l'origine magnétar et le court délai, mais la question demeure de savoir si tous les FRB naissent dans de tels environnements. Un autre problème est la mesure précise de la contribution des différentes composantes (milieu intergalactique, halos de galaxies, amas) à la mesure de dispersion, ce qui est crucial pour les applications cosmologiques.
Cette section s'adresse à l'auteur du travail et à ses collègues. Les travaux voisins ont été trouvés par une recherche sémantique dans notre archive, et non par correspondance de mots. Nous n'évaluons pas : nous montrons le champ autour.
Ce que fait ce travail
L'article rapporte la découverte de FRB 20240304B à un décalage vers le rouge de 2.148, ce qui en fait le sursaut radio rapide localisé le plus distant. Le sursaut a été détecté par le télescope MeerKAT, localisé avec une précision de 0.3 seconde d'arc, et la galaxie hôte a été identifiée grâce au JWST comme un système nain à formation d'étoiles active. Les auteurs ont mesuré la mesure de dispersion, estimé l'énergie et les propriétés de l'hôte, reliant le sursaut à l'époque du midi cosmique.
Où est sa force
Ce travail applique pour la première fois la méthode de la mesure de dispersion des FRB à la région des décalages vers le rouge z > 2, où aucun sursaut localisé n'avait été observé auparavant. Cela ouvre la possibilité de sonder directement les baryons ionisés à l'époque du pic de formation d'étoiles et de formation des galaxies.
Vers où avancer
À essayer
Pourquoi cela peut compter
L'extension de la plage de décalages vers le rouge des FRB localisés jusqu'à z=2.148 en fait un outil à part entière pour la cosmologie et l'astrophysique des hauts décalages vers le rouge. Cela pourrait aider à résoudre la tension de Hubble, à affiner le budget des baryons à l'époque du midi cosmique et à suivre l'évolution des champs magnétiques dans l'Univers.
Travaux voisins dans notre archive
Le travail le plus proche de l'archive se situe à 0.65 par le sens — le niveau habituel de notre corpus.
La lumière de FRB 20240304B a mis 10.5 milliards d'années pour atteindre la Terre, soit environ les trois quarts de l'âge de l'Univers. Pendant ce temps, les galaxies, les étoiles, les planètes se sont formées sur Terre, et les radiotélescopes qui ont capté cette impulsion de quelques millisecondes sont apparus.