Ce travail se situe à part : les études voisines portent sur les sursauts radio rapides, le continuum radio et les pulsars, mais pas sur les blazars à z~7. Il s'inscrit dans la lignée de l'étude des noyaux actifs radio-brillants les plus lointains, initiée par la découverte de J0410−0139 et de son compagnon blazar J0309+2717. Des données sur la variabilité et les spectres de ces objets existent déjà, mais les observations à basse fréquence étaient jusqu'ici limitées à des bornes supérieures. Ce travail comble pour la première fois le vide dans la gamme 0.144–0.82 GHz, où l'émission devrait être amplifiée par le facteur Doppler.
La source a été observée avec trois instruments : uGMRT (300–820 MHz) en avril et août 2023, VLA (1.5–11 GHz) simultanément avec la deuxième époque uGMRT, et LOFAR (144 MHz) en avril et juillet 2024. À partir des flux à différentes fréquences, on a construit la distribution spectrale d'énergie. Pour évaluer la variabilité, on a utilisé les indices VIP et MOSS, en comparant les deux époques uGMRT. La taille de la région émettrice a été contrainte par le temps de traversée de la lumière, puis on a calculé la température de brillance et la limite inférieure du facteur Doppler δ. Le champ magnétique a été estimé à partir de la courbure du spectre, en supposant l'équipartition de l'énergie entre particules et champ.
La première époque uGMRT a montré un spectre inversé, ce qui, combiné aux données VLA antérieures, donnait une forme à double bosse typique d'une activité multi-épisodes du jet. Cependant, la deuxième époque, seulement 16 jours plus tard dans le référentiel de repos de la source, a montré un spectre plat, réfutant cette interprétation. La variabilité est donc intrinsèque, liée au jet. On en a déduit une limite inférieure du facteur Doppler δ>19.3, ce qui correspond à un angle entre le jet et la ligne de visée θ<3° et à un facteur de Lorentz Γ>9.7. Cela signifie que la source est fortement amplifiée et que sa luminosité intrinsèque à 1.5 GHz ne dépasse pas 0.4×10^30 erg/s/Hz, donc elle est radio-faible. Le champ magnétique d'équipartition est d'environ 1 mG, supérieur au champ équivalent du rayonnement fossile (0.2 mG à z~7), donc les pertes synchrotron dominent. Les observations LOFAR donnent un flux d'environ 2.6 mJy, bien inférieur à l'extrapolation d'environ 8 mJy à partir des données uGMRT, confirmant la variabilité jusqu'à une fréquence d'environ 1 GHz dans le référentiel de repos.
Contrairement aux travaux voisins qui étudient les sursauts radio rapides ou les pulsars, cet article applique un diagnostic radio multifréquence au blazar le plus lointain et contraint pour la première fois son spectre basse fréquence. Il montre que même à z~7, les jets se comportent comme dans l'Univers local, ce qui implique que les mécanismes de leur lancement sont universels. Le principal résultat est que la nature blazar de J0410−0139 implique l'existence d'une population beaucoup plus nombreuse de quasars radio-faibles, encore invisibles. Cela modifie l'estimation du nombre de noyaux actifs avec jets dans l'Univers primordial.
Le sujet progressera avec la mise en service de SKA-LOW, ngVLA et DSA, qui atteindront des sensibilités inférieures au microjansky et pourront détecter les jets faibles des quasars à z>6. Le suivi de J0410−0139 à basse fréquence aidera à capturer des états à fort flux, propices à la recherche de la forêt 21 cm. Des observations supplémentaires de variabilité permettront de séparer les processus intrinsèques du jet du scintillement interstellaire et d'affiner les paramètres de l'écoulement relativiste.
Ces résultats influenceront la cosmologie de l'époque de la réionisation, car les sources radio puissantes servent de lampes de fond pour étudier l'hydrogène neutre via l'absorption 21 cm. Ils sont également importants pour comprendre la croissance des trous noirs supermassifs et leur rétroaction avec les galaxies.
Poursuivre le suivi de J0410−0139 avec uGMRT et LOFAR pour accumuler une courbe de lumière et déterminer les échelles de temps caractéristiques de la variabilité. Réaliser des relevés profonds avec une sensibilité ≤1 μJy pour rechercher des quasars radio-faibles à z>6.
Ce travail est directement lié au problème non résolu du recensement des noyaux actifs avec jets dans l'Univers primordial : combien de quasars à z>6 ont des éjections relativistes et quelle est leur proportion parmi tous les quasars ? Il aborde également la question du rôle des jets dans l'ionisation du milieu intergalactique et dans la croissance des trous noirs supermassifs au cours du premier milliard d'années.
Le facteur Doppler δ>19.3 signifie que si le jet de J0410−0139 n'était pas dirigé vers nous, mais selon un angle aléatoire, son flux radio serait des milliers de fois plus faible, et nous ne le verrions tout simplement pas. En réalité, nous regardons dans le canon d'une arme cosmique.
Dans le roman de Stanislas Lem « Fiasco », les héros tentent d'établir un contact avec une civilisation cachée derrière de puissantes sources radio naturelles rappelant les blazars. La variabilité de J0410−0139 le fait ressembler à un phare qui s'allume et s'éteint, comme si quelqu'un dirigeait le faisceau.