Les scientifiques de plusieurs institutions qui utilisent le télescope canadien CHIME ont franchi une étape importante vers le dévoilement des secrets explosifs d’un mystère cosmique appelé sursauts radio rapides, en grande partie grâce à un logiciel ingénieux mis au point par des chercheurs de l’Institut Périmètre.

Depuis qu’ils ont été découverts en 2007, les sursauts radio rapides (SRR) sont devenus l’un des sujets de l’heure en astrophysique.

« Il semble que plus ou moins tous les 30 ans, on découvre un nouveau type d’événement astrophysique extrême que l’on ne comprend pas », dit Kendrick Smith, l’un des principaux chercheurs de l’Institut Périmètre au sein de l’équipe du télescope CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment – Expérience canadienne de cartographie d’intensité de l’hydrogène). « Les SRR constituent un problème central non résolu du XXI^e siècle. Ils sont au moins mille fois plus puissants que les impulsions radio les plus puissantes que nous ayons jamais observées dans notre galaxie, et nous ne comprenons pas les phénomènes physiques qui les produisent. » [traduction]

Les SRR sont puissants, mais ils sont rares, ne durent qu’une fraction de seconde et sont imprévisibles. Certains ne surviennent qu’une fois, d’autres se répètent de manière irrégulière, et l’on n’en a observé qu’un seul qui clignote selon un motif reconnaissable.

Le 28 avril 2020, une équipe de chercheurs a découvert une source de SRR dans notre propre galaxie — tous les autres qui ont été observés proviennent de régions beaucoup plus éloignées de l’univers. Dans un article sur les SRR parmi plusieurs publiés aujourd’hui dans la revue Nature, les chercheurs rapportent que ce SRR était 3 000 fois plus puissant que tout autre SRR mesuré auparavant, et qu’il semblait provenir d’un type d’objet céleste appelé magnétar.

« Cela donne un poids réel à la théorie selon laquelle les magnétars pourraient être à l’origine d’au moins une partie des SRR » [traduction], a déclaré Pragya Chawla, l’une des auteurs de l’article et doctorante avancée au Département de physique de l’Université McGill.

Des missions de la NASA font équipe pour étudier des magnétars uniques en leur genre.
Étant donné ces nouvelles découvertes, la NASA a produit la vidéo ci-dessus, qui explique pourquoi les magnétars pourraient fort bien être des sources de SRR. (Vidéo : Centre Goddard de vols spatiaux de la NASA et Chris Smith [USRA – Universities Space Research Association – Association universitaire de recherche spatiale])

Les SRR sont difficiles à observer et à étudier : les astronomes qui se servent de radiotélescopes traditionnels doivent être chanceux et regarder dans la bonne direction au bon moment pour en observer un.

C’est là qu’intervient le télescope CHIME. Situé dans la vallée de l’Okanagan, en Colombie-Britannique, CHIME est une histoire à succès bien canadienne. L’équipe comprend des chercheurs d’institutions du pays : l’Université McGill, l’Université de la Colombie-Britannique, l’Université de Toronto, le Conseil national de recherches du Canada et l’Institut Périmètre. Le télescope utilise un logiciel mis au point à l’Institut Périmètre pour chercher des SRR d’une manière plus rapide, plus étendue, plus souple et beaucoup moins coûteuse.

« Grâce à la conception innovatrice de CHIME et au puissant logiciel que nous avons écrit, nous découvrons environ 10 fois plus de SRR que tous les autres télescopes du monde réunis » [traduction], dit M. Smith, titulaire de la chaire Famille-Daniel-James-Peebles de l’Institut Périmètre.

Un radiotélescope traditionnel fait appel à un réflecteur parabolique pour focaliser le rayonnement provenant d’objets éloignés et en tirer des données utilisables. Mais ce réflecteur doit être orienté vers un objet spécifique ou une région précise pour les observer. CHIME utilise une méthode différente, qui consiste à recueillir des ondes radio provenant d’une large bande de ciel et à mettre en œuvre des algorithmes informatiques au lieu de réflecteurs pour créer des cartes de sources de rayonnement.

« Nous pouvons reproduire et varier le processus d’analyse logicielle de nombreuses fois en parallèle. Nous obtenons le pouvoir d’observation d’environ 100 télescopes pointés chacun vers une région différente du ciel, dit M. Smith. Les défis de traitement informatique sont vraiment énormes. Nous avons envoyé sur place des conteneurs pleins d’ordinateurs pour dépouiller ces masses de données. » [traduction]

Malgré la grande quantité de calculs nécessaire, la chasse aux SRR coûte beaucoup moins cher avec CHIME qu’avec des télescopes traditionnels. Par conséquent, les chercheurs de l’équipe de CHIME occupent le devant de la scène dans les annonces de cette semaine concernant de nouvelles observations et théories sur la nature des SRR — et resteront probablement à l’avant-garde de ces recherches dans un avenir prévisible.

Même si les magnétars pourraient fort bien être des sources de SRR, des physiciens théoriciens travaillent encore sur des modèles qui pourraient expliquer les phénomènes précis observés par CHIME et d’autres télescopes.

« Nous avons besoin de plus d’observations de ces impulsions supergéantes pour savoir si nos théories tiennent le coup, dit M. Smith. Et je crois que nous avons besoin de voir plus de SRR avant de pouvoir dire à coup sûr ce qui se passe. » [traduction]

L’équipe SRR du télescope CHIME

L’équipe SRR du télescope CHIME réunit plus de 50 scientifiques sous la direction de l’Université McGill, de l’Université de la Colombie-Britannique, de l’Université de Toronto, de l’Institut Périmètre et du Conseil national de recherches du Canada (CNRC). Le financement de 16 millions de dollars pour la construction du télescope a été fourni par la Fondation canadienne pour l’innovation ainsi que par les gouvernements de la Colombie-Britannique, de l’Ontario et du Québec, avec des fonds supplémentaires de l’Institut Dunlap d’astronomie et d’astrophysique, du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, et de l’Institut canadien de recherches avancées. Le télescope est situé dans les montagnes de la vallée de l’Okanagan, près de Penticton, en Colombie-Britannique, à l’Observatoire fédéral de radioastrophysique du CNRC. CHIME est une composante officielle de l’installation exploratoire SKA (Square Kilometre Array – Réseau d’un kilomètre carré).