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Integral lève le voile sur la Nébuleuse du Crabe

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Grâce aux données transmises par l'observatoire spatial en rayons X Integral de l'Esa (Agence Spatiale Européenne), les scientifiques ont pu localiser à quel endroit les particules émises par l'étoile à neutrons de la Nébuleuse du Crabe sont accélérées.

La nébuleuse du Crabe observée en rayonnement X par Chandra. Crédit Nasa

Les pulsars sont de bien étranges machines capables d'accélérer les particules qu'ils émettent à de très hautes énergies, jusqu'à cent fois plus rapidement que les plus puissants accélérateurs sur Terre. Mais leur mécanisme reste très mal connu, et on ignore à quel endroit précis les particules subissent cette accélération.

La découverte citée ici est l'œuvre d'une équipe de scientifiques britanniques de l'université de Southampton, dirigée par le professeur Tony Dean, qui a étudié le rayonnement polarisé de haute énergie  de la Nébuleuse du Crabe observé par Integral.

Celle-ci résulte d'une explosion de supernova observée de plusieurs endroits depuis la Terre le 4 juillet 1054. Les observations plus récentes ont déterminé qu'il s'agissait d'une supernova de type à effondrement de cœur, et non d'une supernova thermonucléaire ne laissant pas de résidu compact observable derrière elle. Dans la première catégorie, l'étoile d'origine se réduit à une étoile à neutrons de faible diamètre et extrêmement dense tournant sur elle-même à grande vitesse.

La supernova de 1054 a ainsi donné naissance à un pulsar, astre d'environ 10 km de diamètre tournant sur lui-même 30 fois par seconde, produisant de ce fait des champs magntiques extrêmement puissants. L'étoile s'entoure d'un jet de particules fortement collimaté aligné avec l'axe de rotation du pulsar, et d'une brillante structure en forme de beignet, ou tore.

Néanmoins, une question restait sans réponse : à quel endroit précis les particules rayonnées étaient-elles accélérées pour former ces puissantes émissions ?

C'est en examinant le cœur du pulsar au moyen du spectromètre gamma d'Integral (SPI) que les chercheurs ont pu déterminer la polarisation, ou l'alignement, des vagues de rayonnement de haute énergie provenant du pulsar. Plus de 600 observations ont été comparées, permettant de déterminer avec certitude que cet axe de polarisation est fortement aligné avec l'axe de rotation du pulsar.

Schématisation de la source de rayonnement polarisée gamma obtenue sur base des données d’Integral. Crédit ESA-Integral Project

Les chercheurs ont ainsi conclu qu'une part significative des électrons à la source du rayonnement à haute énergie doit provenir d'une structure fortement organisée, située à proximité du pulsar, et très vraisemblablement des jets eux-mêmes. Cette découverte infirme d'autres théories, comme celles qui situent l'origine du rayonnement à grande distance du pulsar.

L'alignement mis en évidence en rayonnement gamma correspond exactement avec la polarisation observée en lumière visible, ce qui, selon Tony Dean, est réellement remarquable et aura de nombreuses implications sur l'observation et l'interprétation d'autres pulsars jusqu'ici mal compris.

« Identifier un rayonnement polarisé dans l'espace est une chose à la fois rare et complexe, et cela requiert une instrumentation spécialisée ainsi qu'une analyse détaillée de données très complexes. La capacité d'Integral de détecter le rayonnement gamma polarisé et, par conséquent, d'aboutir à des découvertes importantes comme celle-ci démontre une fois de plus qu'il s'agit bien d'un observatoire spatial de classe mondiale », explique Chris Winkler, scientifique du projet Integral de l'Esa.

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