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PSR B0943+10, le pulsar qui étonne les astronomes

Astres énigmatiques, les pulsars soulèvent de nombreuses questions restant sans réponses. En voici une de plus : une équipe française a découvert d'étonnants changements, brutaux et coordonnés, entre les émissions d’ondes radio et de rayons X. Cela suggérerait une modification rapide de tout leur environnement.

Représentation artistique d'un pulsar. Des nuages de particules chargées se déplacent le long des lignes de champ magnétique (en bleu) et créent un faisceau de rayons gamma (en violet), à la manière d'un phare marin. © Nasa, CNRS Représentation artistique d'un pulsar. Des nuages de particules chargées se déplacent le long des lignes de champ magnétique (en bleu) et créent un faisceau de rayons gamma (en violet), à la manière d'un phare marin. © Nasa, CNRS

PSR B0943+10, le pulsar qui étonne les astronomes - 2 Photos

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Les pulsars sont des étoiles à neutrons, d’une vingtaine de kilomètres de diamètre en rotation rapide sur elles-mêmes et d’une masse comparable à celle de notre Soleil. L’astre extrêmement dense émet un très mince faisceau de radiations. Comme il tourne sur lui-même et que le pinceau de rayonnement balaie périodiquement la Terre, un bref pic d’intensité peut être détecté, à la manière de la lumière d’un phare marin. Certains pulsars émettent des radiations sur tout le spectre électromagnétique, depuis les rayons gamma et les rayons X jusqu’aux ondes radio. Bien que la découverte des pulsars remonte à plus de 40 ans, le mécanisme précis par lequel ils rayonnent demeure inconnu.

Cependant, il est clair, depuis quelque temps, que certains pulsars radio oscillent entre deux états, changeant l’aspect et l’intensité de leurs impulsions radio. Le moment de ce changement est à la fois soudain et imprévisible (souvent dans l’intervalle de temps d’une seule rotation). D’après les télescopes spatiaux, des pulsars radio peuvent aussi être détectés dans la gamme X. Malgré tout, rien jusqu’alors n’était connu de la variabilité des signaux en rayons X.

Le pulsar PSR B0943+10 a de quoi surprendre : lorsque le signal radio est fort et organisé, le signal en rayons X est faible. Et quand l’émission radio devient faible, les rayons X s’intensifient. © Observatoire de Paris
Le pulsar PSR B0943+10 a de quoi surprendre : lorsque le signal radio est fort et organisé, le signal en rayons X est faible. Et quand l’émission radio devient faible, les rayons X s’intensifient. © Observatoire de Paris

Variations étonnantes pour certains pulsars

Une collaboration internationale incluant huit chercheurs français de l’université d’Orléans, du CNRS, de l’observatoire de la Côte d’Azur, de l’observatoire de Lyon et de l’observatoire de Paris a étudié un pulsar particulier nommé PSR B0943+10, un des premiers découverts. Il réside à 3.500 années-lumière de distance, dans la constellation du Lion. Les impulsions de PSR B0943+10 changent toutes les quelques heures, et ces variations se produisent en une seconde environ. Puisque la source est également un faible émetteur de rayons X, l’équipe a observé le pulsar avec le télescope XMM-Newton de l’Esa, sensible dans ce domaine.

En parallèle, des radiotélescopes ont servi pour des études complémentaires aux basses fréquences. Le télescope Low Frequency Array (Lofar) est implanté dans cinq pays européens, dont la France, sur le site de Nançay (Cher), station de radioastronomie de l’observatoire de Paris. Bien qu’encore en construction, il a pu apporter des observations de soutien. Les résultats ont été totalement inattendus. Les émissions de rayons X changent de manière synchrone avec les émissions radio. Néanmoins, lorsque le signal radio est fort et organisé, le signal en rayons X est faible. Parallèlement, quand l’émission radio devient faible, le signal en rayons X s’intensifie. Le plus frappant est que cette transformation a lieu en quelques secondes, après quoi le pulsar reste stable dans son nouvel état pendant plusieurs heures.

L’explication de tels changements, aussi importants qu’imprévisibles, n’est pas apportée par les théories actuelles. Cela suggère toutefois une modification rapide de la totalité de la magnétosphère. Ce comportement « caméléon » inattendu du pulsar PSR B0943+10 devrait dynamiser les recherches fondamentales sur les processus physiques qui ont lieu dans les conditions extrêmes de ces environnements, et ce 45 ans après la découverte des étoiles à neutrons.


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