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Un pulsar "cannibale" est en train de dévorer son compagnon stellaire

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Integral, l'observatoire spatial de l'ESA, œuvrant de concert avec le satellite RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) de la Nasa, a permis de détecter un pulsar à rotation rapide en train de dévorer son compagnon. Cette découverte, rapportée dans le dernier numéro de l'A&A Journal (Journal d'Astronomie et d'Astrophysique), étaie l'hypothèse selon laquelle les pulsars binaires évolueraient en pulsars isolés à période de rotation rapide par cannibalisation d'une étoile toute proche.

Pulsar cannibalisant son compagnon vue d'artiste. © DR

Le gaz arraché à son compagnon alimente l'accélération du pulsar. Les chercheurs dépeignent ce phénomène comme un stade évolutionnaire situé entre la vie majestueuse de pulsar binaire, tournant une à deux fois sur lui-même en une seconde, et celle impétueuse de pulsar milliseconde à rayons X. Il s'agit du premier système où l'on a pu prendre le pulsar en flagrant délit d'auto-accélération.

« Nous sommes parvenus au point où, observant n'importe quel pulsar isolé à rotation rapide, nous pourrons nous dire "ce type avait autrefois un compagnon", a déclaré Maurizio Falanga, qui conduisait les observations d'Integral au Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) de Saclay (France).

Les pulsars sont des étoiles à neutrons qui tournoient sur elles-mêmes - l'une des possibles ultimes destinées d'une étoile. Ils proviennent d'étoiles jadis massives, au moins huit fois plus que notre soleil. Lorsque ces étoiles ont fini de brûler leur carburant nucléaire, elles passent par une explosion de type supernova. Cette explosion souffle les couches extérieures de l'étoile en un vestige de supernova. La zone centrale de l'étoile s'effondre sous l'effet de sa propre gravité, et les forces en jeu sont telles que protons et électrons se combinent pour former des neutrons. Si les étoiles à neutrons ont, grosso modo, la même masse que notre soleil, elles sont concentrées dans une sphère d'une vingtaine de kilomètres de diamètre seulement.

Les étoiles à neutrons peuvent apparaître dans des vestiges de supernova, en tant que corps isolés, ou dans des systèmes binaires contenant deux étoiles gravitant autour de leur centre d'inertie commun. Les étoiles à neutrons naissent en tant qu'objets à rotation rapide, mais elles ralentissent graduellement au bout de quelques centaines de milliers d'années. Les étoiles à neutrons des systèmes à étoile binaire peuvent cependant inverser cette tendance et accélérer avec l'aide de leur compagnon stellaire.

Une étoile à neutrons peut soutirer du gaz à son compagnon stellaire dans le cadre d'un processus appelé accrétion. Le flux de gaz cheminant vers l'étoile à neutrons fait tourner celle-ci de plus en plus vite. Pour la première fois, on a pu observer le phénomène en train de se produire. « Nous avons maintenant une preuve directe que l'étoile accélère sa rotation en cannibalisant sa compagne, chose que personne n'avait jamais observé auparavant dans un tel système », a déclaré le co-auteur de l'article, Lucien Kuiper, de l'Institut néerlandais de recherche spatiale (SRON) d'Utrecht.

Ce pulsar, baptisé IGR J00291+5934, a été identifié par Integral, l'observatoire spatial de l'Agence spatiale européenne (ESA), au cours d'un examen de routine des bords extérieurs de la voie lactée en décembre 2004. Le lendemain, les observateurs de la Nasa ont utilisé le satellite RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) pour établir avec précision quelle était la vitesse de rotation de l'objet. Les observations de RXTE ont révélé que le compagnon en question n'avait déjà plus qu'une fraction de la taille de notre soleil, peut-être environ 40 masses joviennes. L'orbite binaire est de 2,5 heures, le système complet étant si étriqué que les deux étoiles tiendraient dans le rayon du soleil. Ces détails étayent la théorie selon laquelle les deux étoiles sont suffisamment proches pour permettre à l'accrétion de se produire et le compagnon stellaire est cannibalisé.