Une galaxie naine, minuscule et en pleine formation d’étoiles : c’est ce que le télescope spatial James Webb a trouvé à l’endroit exact d’où est parti FRB 20240304B. Les astronomes ont ainsi localisé la galaxie hôte du sursaut radio rapide le plus lointain observé à ce jour. Son signal a voyagé plus de 11 milliards d’années avant d’atteindre nos instruments. L’étude, publiée le 8 octobre dans la revue Science, est menée par des chercheurs de l’université de Californie à Santa Cruz et de leurs collaborateurs.

Cette galaxie était invisible pour tous les télescopes terrestres.

À retenir
  • Webb a localisé la galaxie hôte de FRB 20240304B, le sursaut radio rapide le plus lointain jamais observé.
  • Le signal a voyagé plus de 11 milliards d’années avant d’atteindre nos instruments.
  • La galaxie est environ 1 000 fois moins massive que les hôtes habituels des sursauts.

Un signal précis, une source introuvable

L’équipe MeerTRAP a détecté le sursaut le 4 mars 2024 avec le télescope MeerKAT, ce qui lui a valu son nom. Les sursauts radio rapides, découverts en 2007, sont des flashs de quelques millisecondes dont l’origine reste incertaine, d’autant que la plupart ne sont vus qu’une seule fois. Les données radio indiquaient que celui-ci était extrêmement lointain, peut-être le plus distant jamais observé. Pour le confirmer, il fallait étudier sa galaxie hôte.

Prochaska et son équipe ont passé une heure à imager le site avec l’instrument LRIS du télescope Keck I. Malgré une position connue avec précision, le plus puissant télescope terrestre n’a pas trouvé la galaxie.

Un second essai en infrarouge, avec l’instrument MMIRS du télescope MMT, n’a pas fait mieux. Les limites de détection atteignaient la magnitude 26,24 en optique (bande R) et 23,38 en infrarouge (bande J), sans aucune galaxie à la clé. Les relevés publics d’archives, moins profonds, étaient eux aussi muets, ce qui allait dans le sens d’une origine à très grand décalage vers le rouge.

Ce que Webb a vu là où le sol ne voyait rien

Les astronomes ont obtenu du temps discrétionnaire du directeur (programme 6779) pour utiliser la caméra NIRCam et le spectrographe NIRSpec de Webb. Le télescope opère au-dessus de l’atmosphère terrestre, ce qui réduit fortement les interférences de fond. Dans ces conditions, des sources habituellement cachées deviennent détectables, et Webb a bien observé une galaxie à l’emplacement du sursaut. NIRSpec a ensuite mesuré son décalage vers le rouge : 2,148.

Ce chiffre correspond à un moment situé 3 milliards d’années après le Big Bang.

Les auteurs confirment que FRB 20240304B est le sursaut le plus distant détecté à ce jour, et le premier repéré à l’époque du « midi cosmique ». Il double largement la distance de l’ancien détenteur du record. La grande majorité des sursauts connus se sont produits des milliards d’années plus tard.

Une galaxie qui contredit les attentes

De nombreux hôtes de sursauts déjà identifiés sont des systèmes massifs, riches en étoiles, et l’équipe s’attendait à en trouver un de ce type. L’hôte de FRB 20240304B s’est révélé environ 1 000 fois moins massif que les galaxies généralement associées aux sursauts.

Sa luminosité optique, de l’ordre de 1,9 milliard de fois celle du Soleil, est environ dix fois supérieure à celle de l’hôte de FRB 20121102A, mais reste parmi les plus faibles jamais mesurées pour un hôte de sursaut. Cette galaxie naine a formé l’essentiel de ses étoiles récemment. Elle traverse une phase de « starburst », une période de formation stellaire intense.

Deux théories s’opposent sur la naissance des magnétars : la fusion d’anciennes étoiles à neutrons, ou des environnements où naissent beaucoup d’étoiles. Selon la seconde, une étoile massive explose en supernova et laisse un magnétar, après quoi un sursaut peut survenir assez vite. L’équipe y voit un indice en faveur d’étoiles mortes jeunes et très magnétiques, plutôt que de restes stellaires entrés en collision.

Un seul objet ne suffit pas à trancher.

La prochaine étape : en trouver d’autres

Un seul sursaut, même record, ne dit pas si les petites galaxies jeunes sont la règle ou l’exception à cette époque. Le cas de FRB 20240304B montre déjà qu’une absence de détection depuis le sol peut elle-même être un indice. Ici, l’échec de Keck et de MMT a orienté les chercheurs vers un hôte très lointain et très faible. Pour d’autres sursauts sans galaxie visible, Webb pourrait servir de recours.

Le texte scientifique est consultable sur arXiv sous le titre « A fast radio burst from the first 3 billion years of the Universe » (référence 2508.01648). L’image de la galaxie hôte est créditée à la NASA, l’ESA, l’ASC, le STScI et T. Nanayakkara (université de Sydney).

Sources : arxiv.org | science.nasa.gov