Les pulsars seraient des étoiles à neutrons tournant extrêmement vite sur elles-mêmes et émettant un rayonnement électromagnétique périodique dans la direction de leur axe magnétique. Les modèles actuels suggèrent que les points chauds à l’origine de la dynamique des champs magnétiques de ces objets sont au nombre de deux, situés sur chacun des pôles magnétiques. Cependant, récemment, des astrophysiciens ont pu cartographier en détails la surface d’un pulsar, remettant en question la configuration des points chauds telle qu’elle est actuellement admise.
Ces petits objets compacts sont des étoiles à neutrons — les restes d’étoiles massives — qui tournent rapidement et rayonnent dans l’espace. Maintenant, pour la première fois, les astronomes ont cartographié la surface d’un pulsar de 25 km de diamètre avec des détails impressionnants. Les résultats pourraient conduire à une modification des modèles actuels.
Depuis son perchoir à l’extérieur de la Station spatiale internationale, le Neutron star Interior Composition Explorer, ou NICER, recherche les rayons X émis par des objets astronomiques extrêmes, tels que les pulsars. Dans une série d’articles publiés dans The Astrophysical Journal Letters, les chercheurs ont utilisé NICER pour observer le pulsar J0030+0451, ou J0030, qui se trouve à 1100 années-lumière dans la constellation des Poissons.
Une cartographie détaillée de la surface de J0030
Deux équipes — l’une dirigée par des chercheurs de l’Université d’Amsterdam et l’autre dirigée par l’Université du Maryland — ont observé la lumière des rayons X de J0030 au fil du temps pour cartographier la surface du pulsar et mesurer sa masse. Les deux équipes sont arrivées à une image qui ne correspondait pas à leurs attentes.
Les pulsars, comme les trous noirs, sont des objets extrêmement denses mais extrêmement petits. Leur immense gravité plie l’espace-temps autour d’eux, nous donnant un aperçu de l’autre côté du pulsar. L’effet fait également apparaître le pulsar légèrement plus grand que sa taille réelle.
Parce que NICER peut synchroniser l’arrivée des rayons X du pulsar avec une précision extrême (plus que 100 nanosecondes), les chercheurs ont pu construire une carte de la surface de l’étoile et mesurer sa taille avec une précision sans précédent.
Une configuration remettant en question les modèles actuels
Les équipes ont déterminé que l’étoile à neutrons représente entre 1.3 et 1.4 fois la masse du Soleil. Et il fait environ 26 kilomètres de diamètre. Ces statistiques ne sont pas surprenantes. Mais ensuite, les astronomes ont cherché à cartographier l’emplacement des points chauds sur la surface de J0030. L’image simple et classique utilisée pour décrire les pulsars montre ces objets avec deux points chauds, un à chacun de leurs pôles magnétiques.
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Alors que l’étoile tourne, les points chauds projettent le rayonnement dans l’espace en faisceaux minces, comme un phare. Si un ou les deux faisceaux passent sur Terre, les astronomes observent un pulsar. J0030 est orienté avec son hémisphère nord pointé vers la Terre. Ainsi, les équipes s’attendaient à voir un point chaud près du pôle nord. La cartographie des points chauds a nécessité une modélisation par supercalculateur pour démêler l’endroit où les rayons X reçus du pulsar provenaient de la surface de l’étoile.
La tâche aurait pris environ une décennie aux ordinateurs classiques, mais les supercalculateurs l’ont terminé en moins d’un mois. Ce que les équipes ont trouvé présentait une image différente : J0030 a deux ou trois points chauds, tous dans l’hémisphère sud. L’équipe de l’Université d’Amsterdam pense que le pulsar a un petit spot circulaire et un spot mince en forme de croissant tournant autour de ses latitudes inférieures.
L’équipe de l’Université du Maryland a découvert que les rayons X pouvaient alternativement provenir de deux taches ovales dans l’hémisphère sud, ainsi que d’une tache plus froide près du pôle sud de l’étoile. Les astronomes chercheront maintenant à reproduire ces résultats en observant plus de pulsars, afin de mieux comprendre à quoi ressemblent ces étranges étoiles et comment elles fonctionnent.
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