Nuit du 4 mars 2024. Le radiotélescope MeerKAT, en Afrique du Sud, capte une impulsion d'une milliseconde : un sursaut radio rapide venu de 17.4 gigaparsecs de profondeur. C'est une lumière qui a mis 10.5 milliards d'années pour atteindre la Terre. À ce moment-là, l'Univers n'avait que trois milliards d'années, une jeunesse où les galaxies forgeaient des étoiles à un rythme effréné. Un sursaut aussi lointain, c'est comme un phare qui s'allume dans la brume du cosmos ancien : il ne se contente pas de signaler sa présence, il éclaire aussi la toile invisible de gaz et de champs magnétiques sur tout le trajet du faisceau.
Ce sursaut a été baptisé FRB 20240304B. Sa mesure de dispersion, le retard du signal radio dans le plasma ionisé, s'élève à 2458.20 ± 0.01 pc/cm³. Plus il y a de plasma sur le trajet, plus les fréquences basses sont retardées par rapport aux hautes fréquences. Les astronomes utilisent ce retard comme une balance : il permet de peser toute la matière ionisée entre nous et la source. Mais pour que la balance fonctionne, il faut connaître la distance. C'est là que la chasse a commencé.
Les télescopes au sol Keck et MMT n'ont pas vu la galaxie hôte, trop faible. C'est alors que le télescope spatial James Webb est entré en jeu. Sa caméra NIRCam a trouvé une minuscule galaxie à 0.3 seconde d'arc de la position du sursaut, et le spectrographe NIRSpec a mesuré le décalage vers le rouge : z = 2.148 ± 0.001. La distance lumineuse est de 17.4 Gpc. C'est deux fois plus loin que tout sursaut radio rapide localisé auparavant. La galaxie s'est avérée naine : sa masse stellaire n'est que d'environ $10^7$ masses solaires, et son taux de formation d'étoiles est de 0.2 masse solaire par an. Pour une si petite galaxie, c'est une tempête : le taux de formation d'étoiles spécifique est supérieur à celui de la séquence principale, et toute la masse stellaire s'est formée en 52 millions d'années. Le sursaut est fortement polarisé linéairement (49%), et la mesure de rotation dans le référentiel au repos atteint −550 rad/m². Cela signifie que le sursaut est né dans un plasma dense et magnétisé, comme on l'attend d'un magnétar jeune, une étoile à neutrons dotée d'un champ magnétique extrêmement puissant.
On ignorait auparavant si les sursauts radio rapides pouvaient naître à des décalages vers le rouge supérieurs à deux. Désormais, on sait que c'est possible, et qu'ils naissent à l'époque du midi cosmique, le pic de formation stellaire. Les propriétés de la galaxie hôte indiquent un court délai entre l'épisode de formation stellaire et l'apparition du sursaut. Cela exclut les scénarios avec de longs délais, comme les fusions d'étoiles à neutrons, pour la plupart des FRB. L'utilité pratique est énorme : ces sursauts deviennent des sondes pour la tomographie de la toile cosmique et la mesure des champs magnétiques à des échelles de milliards d'années-lumière. Avec la mise en service de SKA-Mid et des nouveaux télescopes spatiaux, le nombre de FRB à z>2 va être multiplié, et la relation de Macquart, qui lie la mesure de dispersion au décalage vers le rouge, pourra être testée dans l'Univers lointain, permettant d'affiner la constante de Hubble et même de sonder l'époque de la réionisation. Le phare venu des débuts de l'Univers ne s'est pas contenté de briller : il a éclairé la voie.
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.