Les astronomes ont déchiffré le comportement particulier d’un pulsar, PSR J1023+0038, à l’aide de 12 télescopes, dont ceux de l’Observatoire européen austral (ESO). Ce pulsar, qui alterne rapidement entre deux modes de luminosité, éjecte de la matière par rafales soudaines, provoquant ces commutations. Cette avancée, impliquant des observations et des analyses complètes, améliore notre compréhension de la dynamique des pulsars et ouvre la voie à de futures découvertes avec des télescopes avancés comme l’Extremely Large Telescope de l’ESO.
Au cours d’une étude astronomique approfondie impliquant 12 télescopes au sol 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 à rotation ultra-rapide. Cet objet mystérieux est connu pour basculer presque constamment entre deux modes de luminosité, ce qui jusqu’à présent restait une énigme. Mais les astronomes ont maintenant découvert que les éjections soudaines de matière du pulsar sur de très courtes périodes sont responsables de ces changements particuliers.
« Nous avons été témoins d’événements cosmiques extraordinaires au cours desquels d’énormes quantités de matière, semblables à des boulets de canon cosmiques, sont lancées dans l’espace en un laps de temps très bref, quelques dizaines de secondes, à partir d’un petit objet céleste dense tournant à des vitesses incroyablement élevées », explique Maria Cristina Baglio. , chercheur à L’Université de New York Abu Dhabi, affilié à l’Institut national italien d’astrophysique (INAF), et auteur principal de l’étude récemment publiée dans la revue Astronomie et astrophysique.
Comportement du pulsar : un mystère céleste
Un pulsar est une étoile morte magnétique à rotation rapide qui émet un faisceau de rayonnement électromagnétique dans l’espace. En tournant, ce faisceau traverse le cosmos – 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 bizarre. Située à environ 4 500 années-lumière de nous dans la constellation des Sextans, elle orbite étroitement autour d’une autre étoile. Au cours de la dernière décennie, le pulsar a activement extrait la matière de ce compagnon, qui s’accumule dans un disque autour du pulsar et tombe lentement vers lui.
Cette vue d’artiste montre le pulsar PSR J1023+0038 volant du gaz à son étoile compagne. Ce gaz s’accumule dans un disque autour du pulsar, tombe lentement vers lui et est finalement expulsé dans un jet étroit. De plus, un vent de particules souffle du pulsar, représenté ici par un nuage de très petits points. Ce vent entre en conflit avec le gaz entrant, le réchauffant et faisant briller le système dans les rayons X et la lumière ultraviolette et visible. Finalement, des gouttes de ce gaz chaud sont expulsées le long du jet et le pulsar revient à son état initial, plus faible, en répétant le cycle. On a observé que ce pulsar bascule sans cesse entre ces deux états toutes les quelques secondes ou minutes. Crédit : ESO/M. Messager de Korn
Depuis le début de ce processus d’accumulation de matière, le faisceau de balayage a pratiquement disparu et le pulsar a commencé à basculer sans cesse 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. Le pulsar peut rester dans chaque mode pendant plusieurs secondes ou minutes, puis passer à l’autre mode en quelques secondes seulement. Jusqu’à présent, cette commutation a intrigué les astronomes.
Vaste campagne télescopique
« Notre campagne d’observation sans précédent pour comprendre le comportement de ce pulsar a impliqué une douzaine de télescopes au sol et spatiaux de pointe », explique Francesco Coti Zelati, chercheur à l’Institut des sciences spatiales de Barcelone, en Espagne, et co-auteur principal de le papier. La campagne comprenait ESOc’est Très grand télescope (VLT) et le New Technology Telescope (NTT) de l’ESO, qui ont détecté la lumière visible et proche infrarouge, ainsi que le Large Millimeter/submillimeter Array d’Atacama (ALMA), dont l’ESO est partenaire. Pendant deux nuits en juin 2021, ils ont observé que le système effectuait plus de 280 commutations entre ses modes haut et bas.
« Nous avons découvert que le changement de mode résulte d’une interaction complexe entre le vent du pulsar, un flux de particules de haute énergie s’éloignant du pulsar et la matière circulant vers le pulsar », explique Coti Zelati, également affilié à l’INAF.
L’animation de cet artiste montre le pulsar PSR J1023+0038 volant du gaz à son étoile compagne. Ce gaz s’accumule dans un disque autour du pulsar, tombe lentement vers lui et est finalement expulsé dans un jet étroit. De plus, un vent de particules souffle du pulsar, représenté ici par un nuage de très petits points. Ce vent entre en conflit avec le gaz entrant, le réchauffant et faisant briller le système dans les rayons X et la lumière ultraviolette et visible. Finalement, des gouttes de ce gaz chaud sont expulsées le long du jet et le pulsar revient à son état initial, plus faible, en répétant le cycle. On a observé que ce pulsar bascule sans cesse entre ces deux états toutes les quelques secondes ou minutes. Crédit : ESO/M. Messager de Korn
En mode bas, la matière circulant vers le pulsar est expulsée dans un jet étroit perpendiculaire au disque. Peu à peu, cette matière s’accumule de plus en plus près du pulsar et, ce faisant, elle est frappée par le vent soufflant de l’étoile pulsante, provoquant un échauffement de la matière. 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 cette matière chaude sont éliminées par le pulsar via le jet. Avec moins de matière chaude dans le disque, le système brille moins fort et repasse en mode faible.
Perspectives futures grâce aux télescopes de l’ESO
Bien que cette découverte ait levé 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 ce pulsar particulier. En particulier, l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO, actuellement en construction au Chili, offrira une vue sans précédent des mécanismes de commutation du J1023.
« L’ELT nous permettra d’acquérir des informations clés sur la façon dont l’abondance, la distribution, la dynamique et l’énergie de la matière entrant autour du pulsar sont affectées par le comportement de changement de mode », conclut Sergio Campana, directeur de recherche à l’Observatoire INAF Brera et co-auteur. de l’étude.
