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Une naine blanche joue au pulsar !

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Les naines blanches sont considérées comme des étoiles presque en fin de vie et inertes. Pourtant, le télescope américano-japonais Suzaku vient d'en découvrir une qui se comporte comme un pulsar en émettant des rayons X. Une découverte qui a des implications pour l'origine de certains rayons cosmiques.

Le télescope Susaku de la Jaxa/Nasa, image d'artiste. Crédit : Jaxa

Les naines blanches sont des objets compacts résidus de l'évolution stellaire, dont la masse ne peut pas dépasser la masse de Chandrasekhar d'environ 1,44 masse solaire. Les étoiles à neutrons ne peuvent guère être plus lourdes mais leur densité est plus importante. Alors que les naines blanches ont une taille comparable à celle de la Terre, c'est seulement en dizaines de kilomètres que se compte le diamètre d'une étoile à neutrons.

Alors que les naines blanches sont censées être relativement calmes, quand elles ne sont pas entourées d'un disque d'accrétion formé de la matière qu'elles arrachent à une étoile compagne dans un système binaire, les étoiles à neutrons sont connues comme de puissants émetteurs d'ondes radio. Tournant très rapidement sur elles-mêmes et avec un champ magnétique intense, elles se comportent comme un phare cosmique dont le faisceau d'ondes radio peut parfois balayer notre planète. Au radiotélescope, cela se traduit donc par une série de « bips » dont la période est celle de la rotation de l'étoile à neutrons. C'est pourquoi on parle de pulsar, de l'anglais pulsating star.

Les chercheurs de la Jaxa et du NASA Goddard Space Flight Center étaient à la recherche d'un possible rôle des naines blanches dans la production des rayons cosmiques à basses énergies lorsqu'ils ont décidé d'utiliser le télescope Susaku pour observer l'étoile AE Aquarii en rayons X. Ils ne s'attendaient pourtant pas à trouver une série d'impulsions périodiques en rayons X associées à cette naine blanche, membre d'un système binaire.


Le système binaire de AE Aquarii et sa naine blanche, image d'artiste. Cliquez pour agrandir.
Crédit : Casey Reed

Un disque d'accrétion est présent autour d'AE Aquarii et les chercheurs savaient qu'il en résultait une légère émission de rayons X, peu énergétiques, analogue à la diffusion d'une étoile dans le visible. Mais de là à imaginer qu'ils verraient aussi des impulsions courtes, focalisées et assez énergétiques à ces longueurs d'ondes...

Accélérateurs de particules cosmiques

Pourtant, les chercheurs menés par Yukikatsu Terada de l'Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN) au Japon ont dû se rendre à l'évidence. Mieux, la période des pulsations en rayons X durs étant de 33 secondes, c'est-à-dire précisément celle de la rotation de AE Aquarii sur elle-même, il a fallu en conclure que cette étoile se comportait comme le pulsar de la nébuleuse du Crabe. Dans les deux cas, la combinaison d'un champ magnétique intense et d'une rotation rapide conduit à l'accélération de particules de matière arrachées à l'astre et se déplaçant presque à la vitesse de la lumière. En interagissant avec le champ magnétique, ces particules émettaient alors des rayons X par rayonnement synchrotron.

Les nombreuses naines blanches dans les galaxies seraient alors des accélérateurs de particules et l'on aurait là une explication possible pour les rayons cosmiques à basses énergies, ce qui était d'ailleurs bien ce que les chercheurs voulaient démontrer initialement.