Le sursaut radio rapide le plus lointain est plus ancien que la Terre et double le record

Un sursaut radio rapide, un éclair d’ondes radio durant quelques millièmes de seconde, a quitté sa source alors que l’univers avait environ 3 milliards d’années et a atteint un télescope en Afrique du Sud plus de 10 milliards d’années plus tard. C’est le sursaut radio rapide le plus lointain jamais rattaché à une galaxie d’origine, à plus du double de la distance du précédent détenteur du record. L’éclair est parti plus de cinq milliards d’années avant la formation de la Terre.

La surprise est venue lorsque le télescope spatial James Webb a trouvé d’où il venait. Les astronomes s’attendaient à une grande galaxie mature. Au lieu de cela, la source est une naine faible, environ 1 000 fois moins massive que ce que l’équipe anticipait, et qui semble avoir formé la plupart de ses étoiles en une courte et violente explosion. Cette petite et jeune galaxie hôte est désormais l’un des indices les plus forts sur ce qui produit ces éclairs.

Des milliers de sursauts radio rapides ont été détectés, mais seulement une centaine environ ont été attribués à une galaxie spécifique, et presque tous se trouvent relativement près de nous. Le nouveau sursaut, catalogué FRB 20240304B, repousse cette carte dans l’ère la plus active de formation stellaire de l’histoire cosmique.

« Ce qui rend les sursauts radio rapides intéressants, c’est que nous ne savons pas ce qui les génère », a déclaré Manisha Caleb de l’Université de Sydney, qui a dirigé l’étude. « Nous avons des théories sur les objets qui les produisent, mais nous n’avons pas de preuve concluante. »

Comment une antenne radio et Webb ont trouvé une galaxie que personne ne pouvait voir

Le sursaut a été capté par MeerKAT, un réseau de 64 antennes radio dans le Karoo en Afrique du Sud. Un système de recherche appelé MeerTRAP, dirigé par Ben Stappers de l’Université de Manchester, analyse ses données en temps réel à la recherche d’impulsions lumineuses uniques. Celle-ci se détachait plus de 100 fois au-dessus du bruit de fond, et le réseau a fixé sa position à une fraction de seconde d’arc, dans la constellation du Lion.

Le premier indice de sa distance est venu du signal lui-même. Les ondes radio traversant le gaz ténu entre les galaxies ralentissent légèrement, et les fréquences plus basses ralentissent davantage, de sorte qu’un sursaut arrive comme un balayage du haut vers le bas de la fréquence. Les astronomes appellent la taille de ce retard la mesure de dispersion. Pour ce sursaut, elle était d’environ 2 458 unités, bien plus élevée que la plupart des sursauts connus, et un signe que le signal avait traversé une colonne de gaz immense.

Ce nombre ne donne qu’une distance approximative. Une distance réelle nécessite la galaxie hôte et son spectre, et les relevés du ciel archivés ne montraient rien à cette position. Pas plus qu’une heure d’imagerie profonde avec le télescope Keck I à Hawaï ou des images infrarouges de l’Observatoire MMT en Arizona. La galaxie était trop faible pour les plus grands télescopes au sol.

L’équipe a donc demandé du temps sur Webb. Sa caméra proche infrarouge a repéré une tache de magnitude 28 à environ 0,3 seconde d’arc de la position du sursaut, et un test statistique a donné une probabilité de 97,5 % que le sursaut en provienne. Le spectrographe proche infrarouge de Webb a ensuite capté la lumière de l’hydrogène et de l’oxygène luminescents dans la galaxie, étirée par l’expansion de l’univers à un redshift de 2,148. Cela place le sursaut dans la période que les astronomes appellent le midi cosmique, lorsque les galaxies formaient des étoiles plus rapidement qu’à tout autre moment avant ou après.

Ce que le record signifie en chiffres

Le précédent détenteur du record, un sursaut capté par le télescope ASKAP en Australie, se trouvait à un redshift d’environ 1,016, et sa lumière avait voyagé pendant environ 8 milliards d’années. Le nouveau sursaut fait plus que doubler ce redshift. Selon les termes de l’article, le signal « sonde le gaz ionisé sur environ 80 % de l’histoire cosmique ».

L’énergie se situe au sommet de la gamme observée pour ces événements. Sky & Telescope l’a exprimé en termes familiers : plus d’énergie que le Soleil n’en émet en une année, concentrée dans un éclair plus court qu’un clignement d’œil.

La galaxie hôte est la partie la plus étrange. L’estimation de l’équipe place sa masse stellaire de l’ordre de 10 millions de fois la masse du Soleil, une fraction infime des étoiles de la Voie lactée. Son gaz ne contient qu’environ 10 à 20 % de la part du Soleil en éléments plus lourds que l’hélium, et elle forme des étoiles bien plus rapidement qu’une galaxie de sa taille ne le ferait normalement. Les chercheurs estiment que la plupart de ses étoiles pourraient s’être formées en environ 30 millions d’années.

« Nous pensions que ce serait une grande galaxie bien formée avec beaucoup d’étoiles », a déclaré Caleb. Stappers a été plus direct : « La galaxie hôte se distingue dans l’ensemble de l’échantillon de galaxies que nous avons. Et ce n’était pas ce à quoi nous nous attendions. »

Pourquoi une petite galaxie jeune pointe vers un coupable

Les deux principales explications font des prédictions différentes sur l’endroit où les sursauts devraient apparaître. L’une dit qu’ils proviennent de magnétars, des étoiles à neutrons avec des champs magnétiques des milliards de fois plus puissants que les aimants les plus forts construits sur Terre, nés de l’effondrement d’étoiles massives. Ceux-ci se forment en quelques millions d’années après les étoiles qui les créent. L’autre dit que certains sursauts proviennent de collisions d’étoiles à neutrons, qui peuvent prendre des milliards d’années pour spiraler ensemble et ont donc tendance à se produire dans des galaxies plus âgées.

Une galaxie qui s’est construite en quelques dizaines de millions d’années laisse peu de place à l’option lente. « Notre travail suggère qu’il est très peu probable que ce FRB ait été produit par une fusion », a déclaré Caleb. Un gaz pauvre en métaux a également tendance à produire davantage d’étoiles très massives, qui sont du genre à laisser des magnétars derrière elles. Dans notre propre galaxie, le magnétar SGR J1935+2154 a déjà produit de faibles sursauts du même type.

Le signal portait également un enregistrement de tout ce qu’il a traversé. Son chemin traverse l’amas de la Vierge, le groupe géant de galaxies à environ 54 millions d’années-lumière, et passe près d’un groupe de galaxies jusqu’alors inconnu à un redshift de 0,31, à environ 3,5 milliards d’années-lumière de nous. L’équipe estime que ces deux structures représentent la majeure partie du retard supplémentaire dans le signal.

Ce qu’il ne résout pas

Un sursaut est un point de données. Le lien avec le magnétar est la lecture la plus naturelle de cette galaxie hôte, mais les chercheurs soulignent que ce n’est pas une preuve, et cela ne signifie pas que chaque sursaut radio rapide a la même origine.

Les propriétés de la galaxie sont assorties de larges marges d’erreur. Sa masse, sa teneur en métaux et son histoire de formation stellaire sont des estimations de modèles tirées de quelques images de Webb et d’un spectre d’un objet à la limite de la détection. Très peu de galaxies hôtes aussi faibles ont été étudiées à quelque distance que ce soit, il est donc difficile de dire si cette galaxie est inhabituelle ou simplement la première d’un type que les relevés antérieurs ont manqué.

L’équipe soutient que la découverte n’est pas un coup de chance. MeerKAT est actuellement le seul instrument de chasse aux sursauts assez sensible pour voir aussi loin, et ils prédisent qu’environ 6,3 % des sursauts de son relevé principal devraient provenir d’au-delà d’un redshift de 2. Seules davantage de détections permettront de le vérifier. « Toute grande collection commence par un seul spécimen », a déclaré Joeri van Leeuwen de l’Institut néerlandais de radioastronomie, qui n’a pas participé aux travaux.

Questions fréquentes sur le sursaut radio rapide le plus lointain

Qu’est-ce qu’un sursaut radio rapide ?

Un sursaut radio rapide est un éclair d’ondes radio qui dure quelques millisecondes et peut transporter, dans les cas les plus brillants, autant d’énergie que le Soleil en émet en un an. Le premier a été découvert en 2007. Leur source est encore débattue.

À quelle distance se trouve le sursaut radio rapide le plus lointain ?

FRB 20240304B se trouve à un redshift de 2,148. Son signal a voyagé pendant plus de 10 milliards d’années et a quitté sa galaxie alors que l’univers avait environ 3 milliards d’années. C’est plus du double du redshift du précédent détenteur du record.

Les magnétars provoquent-ils des sursauts radio rapides ?

Les magnétars sont l’explication la mieux soutenue, et la jeune galaxie hôte formatrice d’étoiles de ce sursaut renforce ce cas. Mais aucune étude n’a prouvé que chaque sursaut provient d’un magnétar, et les chercheurs derrière ce résultat disent qu’il n’y a pas encore de preuve concluante.

La suite

Le sursaut a été détecté le 4 mars 2024, présenté pour la première fois lors d’une conférence à Montréal en juillet 2025, et publié dans la revue Science le 8 octobre 2026. L’équipe estime que MeerKAT peut trouver et localiser plusieurs sursauts par an provenant de plus de la moitié du chemin retour vers le Big Bang, avec Webb nécessaire pour identifier leurs faibles galaxies hôtes. Le télescope à fréquence moyenne du Square Kilometre Array, actuellement en construction en Afrique du Sud, devrait pousser cette recherche plus loin. Stappers a fixé l’objectif clairement : « La prochaine étape est de repousser cette frontière plus loin et de voir à quel point nous pouvons nous rapprocher des premières générations d’étoiles. »

Référence : Caleb et al., « A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang », Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adz2675

Étiquettes: astronomie, James Webb Space Telescope, magnetar, MeerKAT, FRB 20240304B, sursaut radio rapide