Lorsque de la matière tombe sur une étoile à neutrons, elle peut émettre un flash de rayons X extrêmement puissant. Des astronomes viennent d’observer ce phénomène dans le détail. © Jet Propulsion Laboratory, Nasa
Sciences

Le flash de rayons X le plus puissant jamais observé livre ses secrets

ActualitéClassé sous :Astronomie , Maxi , ISS

L'été dernier, des astronomes ont été les témoins de l'un des phénomènes les plus violents de notre Univers. Une étoile à neutrons, un pulsar accrétant de la matière issue de son étoile compagne. Le tout s'achevant dans l'émission d'un flash de rayons X.

Cela vous intéressera aussi

[EN VIDÉO] ISS : visitez la prodigieuse Station spatiale internationale  La Station spatiale internationale (ISS) est en orbite depuis 1998. Bien qu’elle ait déjà fait plus de 100.000 fois le tour de notre planète, seules 230 personnes ont pu monter à son bord. Pour ceux restés sur Terre, l’Agence spatiale européenne (Esa) a préparé, en vidéo, une petite visite guidée de la Station, que nous vous invitons à découvrir ici. 

À la fin du mois de juillet dernier, la luminosité - dans le visible - d'un objet mystérieux que les astronomes appellent SAX J1808.4−3658 a commencé à augmenter. Le signal que la communauté scientifique attendait pour braquer sur cette étoile à neutrons, ce pulsar surveillé de près depuis sa découverte en 1996, pas moins de sept instruments différents. Objectif : capter pour la première fois le processus complet qui mène ce type d'objet à émettre un flash de rayons X.

Rappelons qu'une étoile à neutrons, un pulsar, est un astre mort qui se refroidit irrémédiablement. Sauf lorsqu'elle forme un couple avec une autre étoile. Un système binaire qui peut survivre pendant plusieurs milliards d'années. Mais les étoiles à neutrons sont tellement compactes et tournent tellement vite sur elles-mêmes qu'elles ont tendance à aspirer la matière qui constitue leur compagne... tranquillement, pendant des mois, voire des années. Mais, lorsque cette matière entre finalement en collision avec l'étoile à neutrons, cette dernière émet un sursaut de rayons X, résultat d'un emballement thermonucléaire à la surface de l'étoile.

Selon la théorie, un nouvel éclat dans le domaine de l'optique précède de deux à trois jours ce type de flash dans celui des rayons X. Dans le cas de SAX J1808.4−3658, les astronomes ont rapporté, lors de la 236e réunion de l'American Astronomical Society, qu'ils ont dû patienter douze longs jours, douze jours d'activité concentrée sur le domaine de l'optique, avant d'enfin observer les premières émissions de rayons X.

Une vue d’artiste d’un pulsar accrétant de la matière provenant de son étoile compagne, le flux de matière formant un disque en rotation. Lorsque la matière tombe sur l’étoile à neutron, celle-ci émet un sursaut de rayon X. © Dana Berry, Nasa

Du retard à l'allumage

« Observer le phénomène avec plusieurs télescopes sensibles à différentes longueurs d'onde nous a montré que l'activité initiale s'est produite à proximité de l'étoile compagne, sur les bords extérieurs du disque d’accrétion, commente Adelle Goodwin, astronome à l'université Monash (Australie), dans un communiquéIl aurait fallu ensuite douze jours pour que la matière s'enroule en spirale jusqu'à l'étoile à neutrons et produisent des rayons X. »

Douze jours plutôt que deux ou trois. Les chercheurs pensent que ce délai est dû à l'excès d'hélium observé dans le disque d'accrétion de SAX J1808.4−3658. Habituellement, ces disques sont essentiellement composés d'hydrogène. Celui-ci présente 50 % d'hélium. Or l'hélium a besoin de températures plus élevées pour « brûler ».

Un nouveau sursaut prévu en 2023

Précisons que SAX J1808.4−3658 se situe à quelque 11.000 années-lumière de notre Terre. Elle tourne sur elle-même à la vitesse étourdissante de 400 tours par seconde. Et, au cours de ce sursaut de rayons X, elle a émis une énergie des milliers de fois plus puissante que notre Soleil. Le prochain est prévu pour 2023. Nul doute que l'équipe de l'université Monash sera au rendez-vous pour une nouvelle observation détaillée du phénomène.

Pour en savoir plus

Le flash de rayons X le plus puissant jamais observé

À bord de la Station spatiale internationale, la mission Nicer a été le témoin, le 20 août dernier, d'un flash de rayons X d'une exceptionnelle intensité. Un flash issu d'un pulsar situé à quelque 11.000 années-lumière de notre Terre. Et qui, en 20 secondes seulement, a émis autant d'énergie que notre Soleil en 10 jours ! 

Article de Nathalie Mayer paru le 12/11/2019

Grâce à Nicer, la Nasa a enregistré un flash de rayons X d’une incroyable intensité. Le résultat d’une explosion thermonucléaire sur un pulsar baptisé J1808. Et dont les caractéristiques intriguent les astronomes. © Goddard space flight center, Nasa

La mission de Nicer -- l'acronyme pour Neutron Star Interior Composition Explorer -- est d'étudier la structure interne des étoiles à neutrons. Comment ? En mesurant le rayonnement X émis par ce type d'étoiles. Les astronomes de la Nasa rapportent aujourd'hui que le spectroscope installé à bord de la station spatiale internationale (ISS) a justement enregistré un événement rare. C'était le 20 août dernier. Le flash de rayons X le plus intense qu'il ait jamais observé.

Le phénomène s'est produit alors que Nicer était orienté vers un pulsar baptisé SAX J1808.4-3658 ou, en abrégé, J1808. « Ce sursaut a été exceptionnel », commente Peter Dult, astrophysicien au Goddard Space Flight Center (États-Unis). Les astronomes l'attribuent à une explosion thermonucléaire survenue à la surface du pulsar. Une explosion qui aurait libéré autant d'énergie en 20 secondes seulement que notre Soleil en presque 10 jours !

Pour comprendre les détails du phénomène enregistré, les chercheurs devront étudier les données transmises par Nicer. Car celles-ci révèlent des caractéristiques étranges. « Un changement de luminosité en deux étapes, peut-être causé par l'éjection de couches séparées de la surface du pulsar », raconte Peter Dult. La luminosité du flash s'est en effet stabilisée pendant près d'une seconde après son commencement. Puis, elle a augmenté à un rythme plus lent. Au moment, peut-être où l'énergie de l’explosion a atteint un niveau suffisamment important pour propulser vers l'espace, une couche d'hydrogène accumulée par le pulsar. Deux secondes plus tard, le phénomène a atteint son apogée. Une couche d'hélium a alors été balayée. Elle s'est dilatée, a dépassé la couche d'hydrogène, s'est dissipée, a ralenti et s'est recontractée vers le pulsar. Après cette phase, le pulsar s'est à nouveau brièvement éclairci d'environ 20 %. Et les astronomes ne comprennent pas encore pourquoi.

Ici, une animation figurant le flash de rayons X observé par Nicer. © Chris Smith, Goddard space flight center, Nasa

Dévoiler les secrets des étoiles à neutrons

J1808 se trouve à quelque 11.000 années-lumière de notre Terre, dans la constellation du Sagittaire. Il tourne à pas moins de 401 rotations par seconde ! Il fait partie d'un système binaire et vole constamment de l'hydrogène à son compagnon naine brune. Il forme ainsi autour de lui, un disque d'accrétion qui, régulièrement, devient tellement dense qu'il s'ionise. La lumière peine alors à s'échapper de ce disque. L'énergie ainsi piégée déclenche un processus de chauffage et d'ionisation qui emprisonne encore plus d'énergie.

L'hydrogène se met alors à tourner en spirale vers l'intérieur du système pour finalement tomber sur le pulsar. Il forme ainsi une sorte de mer de gaz de plus en plus profonde. Températures et pressions augmentent et l'hydrogène finit par fusionner pour former de l'hélium, libérant aussi de l'énergie. « Cet hélium forme une couche à part », raconte Zaven Arzoumanian, astrophysicien. « Lorsque cette couche atteint quelques mètres de profondeur, les noyaux d'hélium fusionnent pour former du carbone. Et l'hélium explose en libérant une intense, mais brève, boule de feu thermonucléaire à travers toute la surface du pulsar. »

Un moyen de suivre les réactions nucléaires au niveau des pulsars

Pour décrire l'intensité maximale du rayonnement qui peut alors être émis par une étoile à neutron, les chercheurs font appel à un concept baptisé « limite d'Eddington ». Une limite qui dépend fortement de la composition de la source. « Ici, il semble bien que nous ayons observé la limite d'Eddington pour deux compositions différentes dans le même flash de rayons X. Un moyen direct de suivre les réactions nucléaires à la base du phénomène », explique Deepto Chakrabarty, physicien au Massachusetts Institute of Technology (États-Unis).


Flash de rayons X détecté par l'ISS

L'instrument spatial Maxi a détecté au cours du mois d'octobre une émission anormale de rayons X provenant de la Voie lactée. Les astronomes recherchent l'étoile à neutrons ou le trou noir qui pourrait en être l'auteur.

Article de Jean-Baptiste Feldmann paru le 27/10/2010

L'apparition d'une nova à rayons X a été observée le 17 octobre par l'instrument japonais Maxi, installé à bord de l'ISS. © Jaxa/Riken/Maxi Team

Maxi (Monitor of All-Sky X-Ray Image) est un détecteur de rayons X, installé à bord de la Station spatiale internationale (ISS) en juin 2009 par la mission de maintenance STS-127. Il s'agit d'une caméra très sensible (réalisée par la Jaxa, l'Agence spatiale japonaise), située sur le module Kibo, destinée à surveiller les sources X sur l'ensemble du ciel.

Alors que les images réalisées par Maxi le 12 octobre dernier ne montraient rien de particulier dans la constellation du Centaure, une source de rayons X a commencé à briller cinq jours plus tard. Alertés, les astronomes ont alors pointé à nouveau le télescope Swift de la Nasa dans cette direction. Swift, en orbite terrestre depuis la fin de l'année 2004, est habituellement chargé de la surveillance des sursauts gamma. Il avait détecté en avril dernier le plus ancien sursaut gamma connu, GRB 090423.

L'instrument Maxi (au centre de l'image) juste après sa fixation au module japonais Kibo, lors de la mission STS-127. © Nasa TV

Coup double pour Maxi

La nouvelle source de rayons X repérée dans la constellation du Centaure a été dénommée Maxi J1409-619. Elle semble correspondre à une source détectée une dizaine d'années auparavant par le satellite italo-américain Beppo-Sax, mais cette fois l'émission est cinquante fois plus forte. Selon David Burrows, professeur au Penn State College et responsable du télescope Swift, l'émission de rayons X observée est probablement provoquée par une étoile à neutrons ou un trou noir qui arrache épisodiquement de la matière à une étoile massive à proximité. Le phénomène devrait durer quelques semaines ou quelques mois avant que le calme ne revienne dans ce coin de ciel.

C'est la seconde fois en quelques jours que l'instrument Maxi détecte une source de rayons X. Le 25 septembre dernier, il avait découvert la source Maxi J1659-152 dans la constellation d'Ophiuchus. De telles sources d'émission sont nommées novae à rayons X par les astronomes car même si elles n'ont pas de contrepartie dans le domaine visible, leur brutale augmentation d'émission rappelle les novae, ces étoiles nouvelles qu'on découvre parfois, comme V458 Vulpeculae.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour. Toutes nos lettres d’information

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !