Le 13 février dernier, la base de données arXiv a accueilli l’un des papiers les plus excitants de l’année pour les spatiophiles. Braqué vers les confins de l’Univers, le radiotélescope MeerKAT a intercepté un signal radio hors normes, décrypté par une équipe de chercheurs de l’Université de Pretoria. Cette émission, dont le rayonnement a voyagé durant environ 8 milliards d’années‑lumière depuis le système HATLAS J142935.3–002836 était si intense qu’elle compte parmi les plus puissantes jamais observées à une telle distance.
Ce n’était pas un laser comme l’évoque le titre, mais un maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Quelle est la différence ? Un laser est un faisceau de photons de lumière ; un maser est un faisceau de photons de micro-ondes. Pour les plus puissants d’entre eux, on utilise le terme de gigamaser pour désigner des sources d’une luminosité exceptionnelle dans une bande de fréquence très étroite. Celui-ci boxe clairement dans cette catégorie, s’imposant comme l’un des signaux les plus extrêmes captés par nos radiotélescopes. D’où pouvait-il provenir ? De la mort d’une étoile ? D’une civilisation extraterrestre qui aurait tenté de nous contacter ?
L’embrasement de HATLAS
En réalité, MeerKAT a capté les signes d’une collision entre deux galaxies massives du système HATLAS, saturées de gaz. Durant le choc, qui s’est étalé sur des millions d’années, d’immenses nuages de molécules d’hydroxyle (OH) ont été fortement comprimés et agités par les interactions gravitationnelles et les turbulences du milieu. L’hydroxyle est une molécule composée d’un atome d’oxygène et d’un atome d’hydrogène, qui, lorsqu’elle est placée dans certaines conditions physiques extrêmes, passe dans un état énergétique particulier dit « d’inversion de population ». Lors de la collision, c’est exactement ce qu’il s’est produit.
Dans cet état, chaque molécule accumule un surplus d’énergie qu’elle est susceptible de libérer sous forme de rayonnement. Lorsqu’une première molécule émet un photon radio, elle peut déclencher une émission stimulée chez d’autres molécules du nuage. Chaque molécule excitée peut alors libérer à son tour un photon identique, calé sur la même fréquence et dans la même direction, amplifiant peu à peu le signal.
Ce processus transforme le nuage de gaz en un milieu amplificateur : les ondes électromagnétiques émises par chaque molécule ne s’additionnent plus de manière aléatoire (ce qui annulerait une partie du signal), mais se superposent en phase. Cette synchronisation crée une interférence constructive : l’amplitude du champ électromagnétique peut alors croître très rapidement à mesure que le signal traverse le nuage. Le rayonnement qui en résulte est un faisceau dont la puissance est concentrée dans une seule direction (phénomène de collimation) : voilà pourquoi ce megamaser était si puissant.
Toutefois, dans le cas du système HATLAS J142935.3–002836, la puissance du signal a bénéficié d’un second niveau d’amplification : l’effet de lentille gravitationnelle. En croisant une galaxie massive sur sa trajectoire, le faisceau a traversé un champ gravitationnel suffisamment intense pour courber localement l’espace-temps.
Cette déformation a eu l’effet d’une lentille convergente, amplifiant et orientant le signal observable depuis la Terre. Ce que MeerKAT a capté est donc le produit final d’une double amplification : une amplification quantique au sein du nuage de gaz (le maser) et une amplification géométrique à l’échelle galactique (la lentille).
L’écho d’un crash titanesque
Selon les calculs de l’équipe, le gigamaser émis par HATLAS dégageait une luminosité équivalente à 300 000 Soleils, mais concentrée uniquement sur une seule bande de fréquences correspondant aux lignes spectrales de l’hydroxyle. Il s’agit de la luminosité intégrée avant correction de l’effet de lentille : les molécules d’OH n’émettent qu’à certaines fréquences précises, ce qui concentre l’énergie du signal sur ces bandes étroites du spectre.
Ces lignes sont les signatures caractéristiques des transitions énergétiques des molécules d’OH, qui n’émettent ou n’absorbent de photons que sur certaines fréquences. Toute la puissance du signal n’était pas répartie sur tout le spectre électromagnétique, ce qui a multiplié son intensité perçue par MeerKAT.
Une puissance démentielle, donc, mais qui s’est fortement atténuée au fil de son voyage. Comme le signal a été émis lorsque l’Univers était dans sa phase d’adolescence (il était âgé de 5,8 milliards d’années), il l’a traversé en survivant à d’innombrables turbulences gravitationnelles et champs magnétiques chaotiques, franchissant des distances que notre esprit peine à concevoir. Les antennes de MeerKAT n’ont reçu qu’un petit chatouillement du signal originel, une démonstration magistrale de l’optique gravitationnelle et de la puissance de nos instruments, sans lesquelles ce gigamaser serait resté à jamais indétectable.
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