Des magnétars, les astronomes en connaissent aujourd’hui, en tout et pour tout… 31 ! Et l’un d’entre eux, a priori le plus jeune d’entre tous, a montré, pendant quelques petits mois — un clignement d’œil, à l’échelle du cosmos — un comportement très étrange. Une occasion, pour les scientifiques, de creuser un peu plus les secrets de ces objets mystérieux.

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Quasars, blazarsblazars, pulsarspulsars, magnétarsmagnétars. Notre UniversUnivers pullule d'objets aussi violents que fascinants. SwiftSwift J1818.0-1607 -- ou plus simplement J1818 -- est l'un d'entre eux. Un objet découvert il y a quelques mois seulement. Un magnétar qui avait déjà ceci de particulier qu'il était soupçonné d'être le plus jeune jamais observé. L'étoileétoile qui lui a donné naissance aurait explosé il y a 240 ans seulement.

Aujourd'hui, J1818 revient sur le devant de la scène. Parce qu'il émet dans le domaine radioradio, comme une poignée d'autres magnétars. Mais surtout parce que les émissionsémissions radio de J1818 sont apparues très différentes de celles des autres magnétars connus.

Le saviez-vous ?

Un magnétar, c’est une forme rare — les astronomes en connaissent une trentaine — d’étoile à neutron qui émet des radiations électromagnétiques de haute énergie. Le résultat d’un champ magnétique extrêmement intense. Quelque mille fois plus que celui d’une étoile à neutron classique. Parmi les plus intenses de l’Univers.

Des chercheurs du Centre d'excellence de l'ARC pour la découverte des ondes gravitationnellesondes gravitationnelles (OzGrav, Australie) et du CSIRO, l'organisme gouvernemental pour la recherche scientifique australienne, ont observé J1818 à huit reprises entre mai et octobre 2020. Au mois de mai, ils ont noté que ses émissions radio ressemblaient à celles d'un pulsar -- un autre type d'étoile à neutronsétoile à neutrons, plus commun. Plus intenses aux basses fréquencesfréquences qu'aux hautes fréquences. Alors même que les autres magnétars connus émettent à des intensités constantes, quelles que soient les fréquences.

Une vue d’artiste du magnétar J1818.0-1607, plus simplement appelé J1818. © Carl Knox, OzGrav
Une vue d’artiste du magnétar J1818.0-1607, plus simplement appelé J1818. © Carl Knox, OzGrav

Un champ magnétique complexe

Au mois de juin, les émissions radio de J1818 ont commencé à « scintiller ». À partir de juillet, elles ont semblé chercher leur place entre des émissions de type pulsar et des émissions de type magnétar. « Ce comportement bizarre n'a jamais été observé dans aucun autre magnétar, précise Marcus Lower, chercheur à l'université Swinburne (Australie), dans un communiqué de l’OzGrav. Le phénomène, toutefois, a été de courte duréedurée. L'observation suivante a montré un comportement tout à fait classique de magnétar ».

En injectant leurs données dans un modèle qui prédit la géométrie des pulsars, les chercheurs ont par ailleurs constaté avec étonnement que l'axe magnétique de J1818 n'est pas aligné avec son axe de rotation. Le pôle magnétiquepôle magnétique qui émet les ondes radio semble se situer dans l'hémisphère sud de l'objet, juste en dessous de l'équateuréquateur. C'est, là encore, la première fois qu'une telle situation apparaît.

Dernier fait remarquable : le 1er août 2020, le faisceau radio s'est brièvement retourné vers un pôle magnétique complètement différent, situé dans l'hémisphère nordhémisphère nord du magnétar. L'absence de tout changement dans la forme du profil d'impulsion du magnétar indique que les mêmes lignes de champ magnétiquechamp magnétique qui déclenchent les impulsions radio « normales » doivent également être responsables des impulsions vues de l'autre pôle magnétique. De quoi imaginer que les impulsions radio de J1818 proviennent de boucles de lignes de champ magnétique reliant deux pôles étroitement espacés. Une situation très différente de celle observée sur la plupart des étoiles à neutrons ordinaires dont les pôles nord et sud se situent sur les côtés opposés de l'étoile. La découverte de ce champ magnétique plus complexe que ce qu'ils avaient envisagé devrait orienter les astronomesastronomes vers de nouvelles hypothèses concernant la formation et l'évolution des magnétars.


Cette étoile est morte il y a seulement 240 ans

Un ensemble de télescopestélescopes spatiaux de la NasaNasa et de l'ESAESA a étudié le plus jeune magnétar jamais observé. L'astreastre pourrait en apprendre plus aux chercheurs sur ces étoiles à neutrons particulièrement intenses.

Article de Emma HollenEmma Hollen paru le 19/06/2020

Vue d'artiste des lignes de champ magnétique produites par un magnétar © ESA
Vue d'artiste des lignes de champ magnétique produites par un magnétar © ESA

Les chercheurs de la Nasa et de l'ESA ont récemment eu l'opportunité d'étudier un objet cosmique aux propriétés étonnantes. Swift J1818.0-1607, situé dans la constellationconstellation du Sagittaire, est en effet le plus jeune magnétar jamais découvert par les astronomes. Si son âge de 240 ans est bien confirmé, cela signifie que l'étoile qui lui a donné naissance aurait explosé aux alentours de la Révolution française, de l'élection de George Washington, ou encore de la série d'éruptions du VésuveVésuve survenue à la fin du XVIIIe siècle.

Plus intense qu'une étoile à neutrons

C'est suite à la production d'un intense sursautsursaut de rayons Xrayons X que Swift J1818.0-1607 a été détecté par les astronomes du Neil Gehrels Swift Observatory. Des analyses menées par l'observatoire XMM-NewtonXMM-Newton et le télescope NuSTAR de la Nasa ont permis d'en apprendre plus sur ce voisin démonstratif, révélant alors son âge. Né de l'explosion d'une étoile, le magnétar est une étoile à neutrons dont le champ magnétique extrêmement intense (1.000 fois plus fort que celui d'une étoile à neutrons classique) émet des radiations électromagnétiques de haute énergieénergie.

Les chercheurs n'auraient jusqu'à présent identifié que 31 magnétars, contre plus de 3.000 étoiles à neutrons. « Peut-être que si nous comprenions l'histoire de la formation de ces objets, nous comprendrions pourquoi il y a une telle différence entre le nombre de magnétars que nous avons trouvés et le nombre total d'étoiles à neutrons connues », explique Nanda Rea, chercheuse à l'Institut des sciences spatiales de Barcelone.

XMM-Newton, l'un des télescopes ayant participé à l'analyse de Swift J1818.0-1607. © ESA, D. Ducros 
XMM-Newton, l'un des télescopes ayant participé à l'analyse de Swift J1818.0-1607. © ESA, D. Ducros 

Une opportunité unique

Les magnétars sont des objets particulièrement violents et dont les scientifiques pensent qu'ils seraient au plus haut de leur activité dans leurs jeunes années. La récente découverte de Rea et de son équipe leur fournit donc une opportunité unique pour étudier les processus à l'œuvre dans la production des intenses sursauts qui les caractérisent. « Cet objet nous montre la vie d'un magnétar dans une phase plus précoce que celles que nous avions précédemment observées, très peu de temps après sa formation », note la chercheuse.

Victoria Kaspi, directrice du McGill Space Institute de l'université McGill, ajoute : « Ce qui est extraordinaire avec [les magnétars], c'est qu'ils forment une population très diverse. [...] Chaque fois que vous en découvrez un, il vous livre une histoire différente. Ils sont très étranges et très rares, et je ne crois pas que nous ayons encore eu un aperçu de l'ensemble des possibilités ». Les conditions caractérisant les étoiles à neutrons (dont les magnétars) ne pouvant être recréées sur Terre, l'observation est actuellement le seul moyen à disposition pour mieux comprendre leur fonctionnement. Les scientifiques devront donc profiter au maximum du sursaut qui anime actuellement Swift J1818.0-1607, avant que celui-ci ne se résorbe au cours des mois ou années à venir.