Principal AstronomieUn binaire extrêmement rare émettant des rayons neutroniques émettant des rayons gamma a été trouvé

Un binaire extrêmement rare émettant des rayons neutroniques émettant des rayons gamma a été trouvé

Astronomie : Un binaire extrêmement rare émettant des rayons neutroniques émettant des rayons gamma a été trouvé

Les étoiles à neutrons sont l’un des objets astronomiques les plus fascinants de l’univers connu. En plus d’être le type d’étoile le plus dense (à l’exception possible des étoiles à quarks), il est également connu qu’ils forment des paires binaires avec des étoiles massives. À ce jour, seuls 39 systèmes de ce type ont été découverts et un nombre encore inférieur a été détecté. Ils étaient composés d'une étoile massive et d'une étoile à neutrons gamma de très haute énergie (VHE).

À ce jour, seuls deux de ces systèmes ont été découverts, le second ayant été découvert il y a quelques années à peine par une équipe d'astronomes internationaux connue sous le nom de collaboration VERITAS (système de télescope à imagerie par rayonnement très énergétique). En plus d'être une découverte rare, la découverte a également été très heureuse, car le comportement inhabituel qu'ils ont observé en provenance de ce système ne se reproduira plus avant 2067.

En termes simples, les étoiles à neutrons sont les restes denses d'une étoile qui a explosé dans une supernova, laissant derrière elle un objet extrêmement dense et compact qui tourne rapidement. Cela provoque une étoile à neutrons pour générer de puissants champs magnétiques qui concentrent son rayonnement dans un faisceau étroit, qui ressemble à un phare quand on le regarde de face. Lorsque ces faisceaux se croisent avec la Terre, les astronomes peuvent détecter ces impulsions à la radio et à d’autres longueurs d’onde.

Image d'artiste représentant le double objet exotique constitué d'une petite étoile à neutrons orbite d'une étoile plus massive. Crédit: ESO / L. Calçada

Comme il est courant que les étoiles massives forment des paires binaires, il n’est pas surprenant que certains pulsars aient un compagnon en orbite qui a survécu à son partenaire qui va devenir supernova. Il est également courant que ces systèmes possèdent des disques de débris, qui sont affectés par le pulsar à rotation rapide. Lorsque le rayonnement entre en collision avec des débris, il crée des particules chargées qui peuvent être accélérées à une vitesse proche de celle de la lumière, produisant des rayons gamma de très haute énergie (VHE).

En utilisant les quatre télescopes de 12 m de l'observatoire Fred Lawrence Whipple, exploité par le Smithsonian Astrophysical Astrophysical (SAO), la collaboration VERITAS a commencé à dépister un système de pulsars à rayons gamma VHE en 2016. Cette source est située dans une pépinière stellaire massive à environ 5 000 années-lumière de la Terre en direction de la constellation du Cygne.

Avec l'aide d'une équipe d'astronomes qui ont utilisé les deux télescopes MAGIC (MAGIC) (situés dans l'observatoire El Roque de Los Muchachos aux Canaries), l'équipe a découvert que le pulsar possédait un compagnon stellaire qui l’a orbite tous les 50 ans sur une orbite extrêmement elliptique. Les deux équipes ont également calculé que les étoiles seraient aux points les plus proches de leur orbite au plus tard le 13 novembre 2017 et qu'elles ne le seraient plus avant 2067.

Les directeurs de la collaboration VERITAS avaient déjà participé à la surveillance de ce système avec d’autres astronomes avant, pendant et après son approche la plus rapprochée. À l'aide des quatre télescopes de l'observatoire Fred Lawrence Whipple, ils ont détecté les rayons gamma émis par les très brefs éclairs de radiations Chérenkov qui apparaissent dans le ciel lorsqu'ils sont absorbés par l'atmosphère terrestre.

Les premières observations, menées en 2016, ont révélé de faibles émissions de rayons gamma, ce qui concorde avec le fait que le système binaire est intégré dans une pépinière stellaire. «Cette émission stable de bas niveau provient probablement d'une nébuleuse alimentée en permanence par le pulsar», a déclaré Ralph Bird, chercheur postdoctoral à l'Université de Californie à Los Angeles, qui a joué un rôle de premier plan dans la campagne VERITAS.

Les scientifiques ont donc attendu que les étoiles atteignent le point le plus proche de leur orbite pour voir s’il y aurait un changement. Selon Alicia López Oramas, chercheuse chez MAGIC à l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) et l'un des auteurs correspondants de l'étude, «on s'attendait à ce qu'un système aussi unique émette des rayons gamma à très haute énergie, et cette opportunité ne pouvait pas être manquée. "

En septembre, les choses ont commencé à changer radicalement. Comme l'a indiqué Tyler Williamson, étudiant diplômé du département de physique et d'astronomie de l'Université du Delaware et autre contributeur clé de VERITAS:

«Le flux de rayons gamma observé en septembre était le double de la valeur précédente. Lors de l'approche la plus rapprochée entre l'étoile et le pulsar, en novembre 2017, le flux a été multiplié par 10 par une seule nuit. »

Afin d'expliquer ce comportement, l'équipe a associé à ses observations des modèles théoriques basés sur les dernières théories concernant les pulsars, les disques de débris et les émissions résultantes. Cela s'est avéré infructueux, ce qui les a amenés à conclure que des révisions importantes étaient nécessaires, ce qui inclut de meilleures informations sur la rencontre entre les deux étoiles.

Les deux télescopes MAGIC Cherenkov de l'observatoire Roque de los Muchachos se dérouleront à La Palma. Crédit: IAC

En bref, davantage d'observations de cette paire binaire sont nécessaires avant qu'une modélisation appropriée puisse être effectuée. Cela n’est pas surprenant puisque ce système n’est que le deuxième cas d’un système de pulsars binaires présentant une émission de rayons gamma VHE. Néanmoins, les observations recueillies par les deux équipes ont été précieuses, étant donné que toutes les explications précédentes sur le comportement des binaires pulsars à rayons gamma VHE étaient de la spéculation.

Dans les années à venir, les scientifiques prévoient de continuer à observer ce pulsar et d'autres pulsars afin de surveiller le comportement exotique de ce type d'objet extrême. Et si des modèles appropriés peuvent être développés pour ce système particulier, il aura une valeur immense pour les scientifiques, offrant un aperçu de la naissance et de l'évolution d'objets compacts - allant des pulsars aux systèmes binaires de trous noirs.

Comme l'a déclaré Wystan Benbow, astrophysicien de la CfA, «il est essentiel d'investir de manière continue dans l'exploitation d'installations de pointe uniques comme VERITAS, qui garantira de nouvelles possibilités de réaliser une science transformatrice».

La collaboration VERITAS regroupe 80 scientifiques de 20 institutions basées aux États-Unis, au Canada, en Allemagne et en Irlande. L'étude qui décrit leurs découvertes est récemment parue dans Astrophysical Journal Letters . L'observatoire Fred Lawrence Whipple est exploité par le Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO).

Lectures complémentaires: CfA

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