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Le deuxième pulsar le plus rapide jamais découvert crache des rayons gamma, et cette observation pourrait bien aider les scientifiques à mieux comprendre le fonctionnement de ces étoiles à neutrons extrêmes. Le rayonnement gamma du pulsar, nommé PSR J0952−0607, est si faible que sa détection a nécessité de nouvelles méthodes de recherche, qui ont permis de prendre des mesures sans précédent de l’objet.

Il faut savoir que les pulsars sont un type d’étoile morte, appelée étoile à neutrons, qui résulte d’une étoile était trop massive pour devenir une naine blanche, et pas assez pour devenir un trou noir. Cependant, la rotation de ces pulsars est telle qu’ils balayent littéralement l’espace avec un faisceau de radiations, parfois sur des échelles de temps si précises qu’elles peuvent nous aider à mesurer l’Univers même !

En effet, certains de ces pulsars tournent si vite qu’ils effectuent une rotation complète chaque milliseconde : à savoir que ce type de pulsar extrêmement rapide possède souvent des compagnons, et représente donc un système binaire. À l’heure actuelle, les scientifiques pensent que leur rotation s’accélère tandis qu’ils aspirent de la matière à partir de leur compagnon.

La première découverte d’un rayonnement gamma émis par un pulsar de type milliseconde date de 1999. Le second n’a été découvert qu’en 2009, mais depuis lors, de nombreux pulsars millisecondes ont été associés à des rayons gamma. À savoir qu’un pulsar milliseconde (parfois même nommé pulsar recyclé) est un pulsar dont la période de rotation est de l’ordre d’une à dix millisecondes.

Le champ magnétique des pulsars est si puissant qu’il peut polariser le vide quantique. Dès lors, les rayons cosmiques traversant ce vide quantique peuvent être à l’origine d’un rayonnement Tchrenkov dominant les autres types de rayonnement. Crédits : ESO/L. Calçada

Mais le pulsar PSR J0952-0607, découvert lui en 2017, tourne à une vitesse vertigineuse de 707 rotations par seconde ! Il s’agit donc du pulsar milliseconde le plus rapide que nous ayons jamais découvert et dont les chercheurs ont pu mesurer le taux de ralentissement de son champ magnétique de surface. À noter qu’au moins 17% des pulsars millisecondes (découverts à ce jour) émettent des rayons gamma ayant également été détectés (contre seulement 3% pour les pulsars dits standards).

Voici un exemple pour mettre en perspective cet ordre de rotation, soit de 707 tours par seconde pour PSR J0952−0607 : si nous supposons un diamètre de 20 kilomètres (habituel pour les étoiles à neutrons), son équateur voyagerait à une vitesse de 44’422 kilomètres par seconde, soit environ 14% de la vitesse de la lumière.

Le pulsar découvert fait 1.4 fois la masse du Soleil, mais avec un diamètre bien plus petit ! Quant à son compagnon, ce dernier fait environ 0.02 fois la masse du Soleil.

Ce type de pulsar extrêmement rapide est également appelé « Veuve noire » en raison de la masse qu’il a littéralement arrachée à son compagnon… Pourtant, quand il a été découvert en 2017, aucun rayon gamma émanant du pulsar n’a été détecté par les chercheurs, qui ont utilisé le télescope spatial Fermi Gamma. Le pulsar lui-même a été découvert avec le radiotélescope LOFAR (Low-Frequency Array), à des fréquences bien inférieures à celles généralement utilisées pour les recherches de pulsars.

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C’est ensuite l’astronome Lars Nieder, de l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle, qui s’est employé à élargir le catalogue des pulsars à rayons gamma, et qui a donc décidé d’examiner de plus près le pulsar PSR J0952-0607. Avec ses collègues, il a examiné 8.5 années de données du télescope Fermi (allant de août 2008 à janvier 2017), et les a combinées à deux années d’observations avec le télescope LOFAR.

supernova pulsar etoile neutron neutrons

Ici, nous pouvons observer le pulsar J0002+6216, en forme d’aiguille à l’extérieur de la coquille de son reste de supernova, illustrée dans l’image du Canadian Galactic Plane Survey. Le pulsar a échappé au reste environ 5000 ans après l’explosion de la supernova. Crédits : Jayanne English (University of Manitoba)/F. Schinzel et al./NRAO/AUI/NSF/DRAO/Canadian Galactic Plane Survey/NASA/IRAS

Nieder a également pris en compte de nouvelles observations optiques provenant de deux autres télescopes et a même mené une étude d’ondes gravitationnelles à l’aide de LIGO.

« Cette recherche est extrêmement difficile, car [Fermi] n’a enregistré que l’équivalent d’environ 200 rayons gamma émis par le faible pulsar au cours des 8.5 années d’observation. Pendant cette période, le pulsar lui-même a tourné environ 200 milliards de fois. En d’autres termes, nous avons observé un rayon gamma seulement une fois sur un milliard de rotations du pulsar », a déclaré Nieder.

Cette recherche d’émissions de rayons gamma a été réalisée à l’aide de l’Atlas Computing Cluster, permettant d’analyser de nombreuses données. C’est d’ailleurs par ce moyen que les scientifiques ont pu découvrir le signal, « mais quelque chose paraissait étrange » a déclaré Nieder.

« Le signal était très faible et pas vraiment là où il aurait dû être. La raison : notre détection des rayons gamma de J0952-0607 avait révélée une erreur de position dans les observations initiales au télescope optique que nous avions utilisé pour cibler notre analyse. Notre découverte des pulsations gamma a révélé cette erreur », a-t-il expliqué. « L’erreur a été corrigée dans la publication rapportant la découverte du pulsar. Une nouvelle recherche plus étendue des rayons gamma a permis de découvrir des rayons assez faibles – mais statistiquement significatifs – à la position corrigée », a-t-il ajouté.

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Et les chercheurs ont eu une autre surprise : il n’y avait aucune détection de rayons gamma dans les données avant 2011. Et pourquoi donc ? En réalité, nous ne le savons pas. Selon les scientifiques, il est possible que la variabilité stellaire y soit pour quelque chose. En effet, peut-être que le rayonnement gamma était alors plus faible, trop faible pour être détecté, pour une raison encore inconnue. Ou bien il y a eu un changement d’orbite ou de rotation, bien que rien dans les données ne le suggère.

À présent, l’équipe de recherche continuera à étudier ce pulsar particulier pour essayer de comprendre son comportement plus en détails.

Source : Astrophysical Journal

pulsar veuve noire

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