Les télescopes de l’Observatoire européen austral aident à résoudre le mystère du pulsar

Grâce à une remarquable campagne d’observation impliquant 12 télescopes sur Terre et dans l’espace, dont trois installations de l’Observatoire européen austral (ESO), les astronomes ont découvert le comportement étrange d’un pulsar, une étoile morte tournant à une vitesse vertigineuse.

Cet objet mystérieux est connu pour basculer presque continuellement entre deux modes de luminosité, ce qui restait jusqu’à présent un mystère. Mais les astronomes ont maintenant découvert que l’émission soudaine de matière du pulsar sur de très courtes périodes est responsable de ces étranges touches.

« Nous avons été témoins d’événements cosmiques extraordinaires au cours desquels des quantités massives de matière, semblables à des boulets de canon cosmiques, sont lancées dans l’espace en très peu de temps, quelques dizaines de secondes, à partir d’un petit orbe dense tournant à des vitesses incroyablement élevées », explique Maria Cristina Baglio. . Chercheur à l’Université de New York à Abu Dhabi, affilié à l’Institut national italien d’astrophysique (INAF), et auteur principal de l’article publié dans la revue Astronomie et astrophysique.

Un pulsar est un magnétar mort à rotation rapide qui émet un faisceau de rayonnement électromagnétique dans l’espace. En tournant, ce rayon traverse l’univers – un peu comme le faisceau d’un phare balayant son environnement – et est détecté par les astronomes lorsqu’il croise la ligne de mire de la Terre. Cela donne l’impression que l’étoile vibre en luminosité, vue de notre planète.

PSR J1023+0038, ou J1023 en abrégé, est un type spécial de pulsar au comportement étrange. Elle est située à environ 4 500 années-lumière de nous, dans la constellation du Sextan, et orbite étroitement autour d’une autre étoile. Au cours de la dernière décennie, le pulsar a siphonné la matière de ce compagnon, qui s’accumule dans un disque autour du pulsar et tombe lentement vers lui.

Depuis le début de ce processus d’accrétion de matière, le faisceau de balayage a pratiquement disparu et le pulsar a commencé à basculer constamment entre deux modes. En mode « élevé », le pulsar émet des rayons X brillants, de la lumière ultraviolette et visible, tandis qu’en mode « faible », il est plus faible à ces fréquences et émet davantage d’ondes radio. Un pulsar peut rester dans chaque mode pendant plusieurs secondes ou minutes, puis passer à l’autre mode en quelques secondes seulement. Jusqu’à présent, ce changement a dérouté les astronomes.

« Notre campagne d’observation sans précédent pour comprendre le comportement de ce pulsar a impliqué des dizaines de télescopes terrestres et spatiaux avancés », explique Francesco Coti-Zelati, chercheur à l’Institut des sciences spatiales de Barcelone, en Espagne, et co-auteur principal de l’étude. livre. le papier.

La campagne comprenait le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral (ALV) et le télescope des nouvelles technologies de l’ESO (NTT), qui a détecté la lumière visible et proche infrarouge, ainsi que le réseau Atacama Large Millimeter/submillimeter (Alma), dont l’ESO est partenaire. Pendant deux nuits en juin 2021, ils ont observé le système effectuer plus de 280 commutations entre les modes haut et bas.

« Nous avons découvert que le changement de mode découle d’une interaction complexe entre le vent du pulsar, le flux de particules de haute énergie s’éloignant du pulsar et la matière s’écoulant vers le pulsar », explique Cuti Zelati, également affilié à l’INAF.

En position basse, la matière circulant vers le pulsar est expulsée dans un plan étroit perpendiculaire au disque. Peu à peu, ce matériau s’accumule de plus en plus près du pulsar et, à mesure que cela se produit, le vent du pulsar le frappe, réchauffant le matériau. Le système est maintenant en mode élevé, brillant brillamment sous la lumière des rayons X, de l’ultraviolet et de la lumière visible. Finalement, les gouttes de ce matériau chaud sont éliminées par le pulsar à réaction. Avec moins de matière chaude dans le disque, le système brille moins fort et revient au mode faible.

Même si cette découverte a résolu le mystère du comportement étrange de J1023, les astronomes ont encore beaucoup à apprendre de l’étude de ce système unique et les télescopes de l’ESO continueront à aider les astronomes à observer cet étrange pulsar. En particulier, le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral (Elt), actuellement en construction au Chili, fournira un aperçu sans précédent des mécanismes de commutation du J1023.

« ELT nous permettra d’acquérir des connaissances fondamentales sur la façon dont l’abondance, la distribution, la dynamique et l’énergie de la matière circulant autour d’un pulsar sont affectées par le comportement de changement de mode », concluent Sergio Campana, directeur de recherche à l’Observatoire INAF Brera et son équipe. L’auteur de l’étude.