L’histoire de Sherlock Holmes donne un indice sur une prédiction réussie des sursauts du magnétar à proximité –

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  • Les magnétars sont des objets étranges – des étoiles à neutrons massives et tournantes avec des champs magnétiques parmi les plus puissants connus, capables de lancer de brèves rafales d’ondes radio si brillantes qu’elles sont visibles à travers l’univers.

    Une équipe d’astrophysiciens a maintenant découvert une autre particularité des magnétars : ils peuvent émettre des rafales de rayons gamma de faible énergie selon un schéma jamais vu auparavant dans aucun autre objet astronomique.

    On ne sait pas pourquoi cela devrait être, mais les magnétars eux-mêmes sont mal compris, avec des dizaines de théories sur la façon dont ils produisent des sursauts radio et gamma. La reconnaissance de ce schéma inhabituel d’activité des rayons gamma pourrait aider les théoriciens à comprendre les mécanismes impliqués.

    “Les magnétars, qui sont connectés à des sursauts radio rapides et à des répéteurs gamma doux, ont quelque chose de périodique, en plus du caractère aléatoire”, a déclaré l’astrophysicien Bruce Grossan, astrophysicien à l’Université de Californie, Berkeley’s Space Sciences Laboratory (SSL). “C’est un autre mystère en plus du mystère de la façon dont les rafales sont produites.”

    Les chercheurs — Grossan et le physicien théoricien et cosmologiste Eric Linder de l’UC Berkeley et le boursier postdoctoral Mikhail Denissenya de l’Université Nazarbayev au Kazakhstan — ont découvert le motif en rafales d’un répéteur gamma doux, SGR1935+2154, qui est un magnétar, une source prolifique de sursauts gamma d’énergie douce ou inférieure et la seule source connue de sursauts radio rapides dans notre galaxie de la Voie lactée. Ils ont découvert que l’objet émet des rafales de manière aléatoire, mais uniquement dans des fenêtres de temps régulières de quatre mois, chaque fenêtre active étant séparée par trois mois d’inactivité.

    Le 19 mars, l’équipe a mis en ligne une préimpression affirmant un “comportement fenêtré périodique” dans les sursauts gamma doux de SGR1935+2154 et a prédit que ces sursauts recommenceraient après le 1er juin – après une interruption de trois mois – et pourraient se produire pendant quatre -mois se terminant le 7 octobre.

    Le 24 juin, trois semaines après le début de la fenêtre d’activité, le premier nouveau sursaut de SGR1935+2154 a été observé après l’écart prévu de trois mois, et près d’une douzaine de sursauts supplémentaires ont été observés depuis, dont un le 6 juillet, le jour où le journal a été publié en ligne dans la revue Examen physique D.

    “Ces nouveaux sursauts dans cette fenêtre signifient que notre prédiction est exacte”, a déclaré Grossan, qui étudie les transitoires astronomiques de haute énergie. “Le plus important est probablement qu’aucune rafale n’a été détectée entre les fenêtres depuis la première publication de notre préimpression.”

    Linder compare la non-détection des rafales dans les fenêtres de trois mois à un indice clé – le “curieux incident” qu’un chien de garde n’aboyait pas pendant la nuit – qui a permis à Sherlock Holmes de résoudre un meurtre dans la nouvelle “Le Aventure de Silver Blaze.”

    “Les données manquantes ou occasionnelles sont un cauchemar pour tout scientifique”, a noté Denissenya, le premier auteur de l’article et membre du Laboratoire de cosmos énergétique de l’Université Nazarbayev, fondé il y a plusieurs années par Grossan, Linder et UC Berkeley cosmologiste et lauréat du prix Nobel. George Smoot. “Dans notre cas, il était crucial de réaliser que les rafales manquantes ou aucune rafale du tout transportaient des informations.”

    La confirmation de leur prédiction a surpris et ravi les chercheurs, qui pensent qu’il pourrait s’agir d’un nouvel exemple d’un phénomène – un comportement périodique fenêtré – qui pourrait caractériser les émissions d’autres objets astronomiques.

    Données minières d’un satellite de 27 ans

    Au cours de la dernière année, les chercheurs ont suggéré que l’émission de sursauts radio rapides – qui durent généralement quelques millièmes de seconde – à partir de galaxies lointaines pourrait être regroupée dans un motif fenêtré périodique. Mais les données étaient intermittentes et les outils statistiques et informatiques pour établir fermement une telle affirmation avec des données éparses n’étaient pas bien développés.

    Grossan a convaincu Linder d’explorer si des techniques et des outils avancés pouvaient être utilisés pour démontrer qu’un comportement fenêtré périodiquement – mais aussi aléatoire, dans une fenêtre d’activité – était présent dans les données de sursaut de rayons gamma mous du magnétar SGR1935+2154. L’instrument Konus à bord du vaisseau spatial WIND, lancé en 1994, a enregistré des sursauts de rayons gamma mous de cet objet – qui présente également des sursauts radio rapides – depuis 2014 et n’en a probablement jamais manqué un brillant.

    Linder, membre du Supernova Cosmology Project basé au Lawrence Berkeley National Laboratory, avait utilisé des techniques statistiques avancées pour étudier le regroupement dans l’espace des galaxies dans l’univers, et lui et Denissenya ont adapté ces techniques pour analyser le regroupement des sursauts dans le temps. Leur analyse, la première à utiliser de telles techniques pour des événements répétés, a montré une périodicité fenêtrée inhabituelle distincte de la répétition très précise produite par des corps en rotation ou en orbite, à laquelle la plupart des astronomes pensent lorsqu’ils pensent au comportement périodique.

    “Jusqu’à présent, nous avons observé des rafales sur 10 périodes fenêtrées depuis 2014, et la probabilité est de 3 sur 10 000 que même si nous pensons qu’il s’agit d’une fenêtre périodique, c’est en fait aléatoire”, a-t-il déclaré, ce qui signifie qu’il y a 99,97 % de chances qu’ils aient raison. . Il a noté qu’une simulation de Monte Carlo indiquait que la chance qu’ils voient une tendance qui n’existe pas vraiment est probablement bien inférieure à 1 sur un milliard.

    L’observation récente de cinq sursauts dans leur fenêtre prévue, vue par WIND et d’autres engins spatiaux surveillant les sursauts de rayons gamma, ajoute à leur confiance. Cependant, un seul sursaut futur observé en dehors de la fenêtre réfuterait toute la théorie, ou les obligerait à refaire complètement leur analyse.

    “La partie la plus intrigante et amusante pour moi était de faire des prédictions qui pouvaient être testées dans le ciel. Nous avons ensuite effectué des simulations contre des modèles réels et aléatoires et avons découvert que cela nous en disait vraiment sur les sursauts”, a déclaré Denissenya.

    Quant aux causes de ce schéma, Grossan et Linder ne peuvent que deviner. On pense que les sursauts de rayons gamma mous des magnétars impliquent des tremblements d’étoiles, peut-être déclenchés par des interactions entre la croûte de l’étoile à neutrons et son champ magnétique intense. Les magnétars tournent une fois toutes les quelques secondes, et si la rotation s’accompagne d’une précession – une oscillation dans la rotation – cela pourrait faire en sorte que la source d’émission d’éclatement ne pointe vers la Terre que dans une certaine fenêtre. Une autre possibilité, a déclaré Grossan, est qu’un nuage dense et rotatif de matériau obscurcissant entoure le magnétar mais a un trou qui ne permet que périodiquement aux sursauts de sortir et d’atteindre la Terre.

    “A ce stade de notre connaissance de ces sources, nous ne pouvons pas vraiment dire de qui il s’agit”, a déclaré Grossan. “C’est un phénomène riche qui sera probablement étudié pendant un certain temps.”

    Linder est d’accord et souligne que les progrès ont été réalisés par la pollinisation croisée de techniques issues d’observations d’astrophysique des hautes énergies et de cosmologie théorique.

    “UC Berkeley est un endroit formidable où divers scientifiques peuvent se réunir”, a-t-il déclaré. “Ils continueront à regarder et à apprendre et même à” écouter “avec leurs instruments pour plus de chiens dans la nuit.”

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