L'univers est un endroit étrange. L’observatoire en orbite de la Mission d’imagerie à rayons X et de spectroscopie (XRISM) a récemment souligné ce fait, lorsqu’il a été allumé sur un pulsar pour documenter ses puissants vents cosmiques.
L'observatoire XRISM est une mission conjointe de la NASA, de l'Agence spatiale européenne (ESA) et de l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA). La mission remplaçait également le malheureux observatoire à rayons X Hitomi, qui a échoué peu de temps après son lancement en 2016.
Cette découverte est réalisée grâce à l'instrument Resolve de l'ESA, un spectromètre à rayons X mous embarqué à bord du XRISM. L’étude a porté sur l’étoile à neutrons GX 13+1. Il s’agit d’une puissante source de rayons X située dans la constellation du Sagittaire, très proche du plan galactique vers le cœur de notre galaxie. GX 13+1 est distant d’environ 23 000 années-lumière. Le système est binaire, composé d’un pulsar et d’une étoile massive sur une orbite de 24,5 jours.
Également connues sous le nom de pulsars, les étoiles à neutrons sont les noyaux effondrés et les restes d’étoiles massives. Le premier pulsar a été découvert au cœur de la nébuleuse du Crabe (Messier 1) en 1967. Le nom « pulsar » vient de la façon dont ils clignotent ou « pulsent » de manière rythmée. Pendant une brève période, peu de temps après leur découverte, ceux-ci leur ont même valu le surnom de LGM-1, pour « Little Green Men (!) ».
Nous savons maintenant que les pulsars sont des phénomènes naturels, quoique bizarres, dans l’univers. Comme les trous noirs, les pulsars sont entourés d’un disque d’accrétion de matière chaude tombant. Cet afflux alimente également un puissant écoulement sortant, important dans les rayons X.
Ces vents puissants peuvent influencer les environnements stellaires locaux, soit en provoquant l'effondrement des nuages de gaz, favorisant ainsi la formation de nouvelles étoiles, soit en l'inhibant et en brisant ces nuages. Les vents de rétroaction entourant les trous noirs supermassifs peuvent être si intenses qu’ils peuvent dominer l’activité de formation d’étoiles dans l’ensemble de leur galaxie hôte.
L’équipe a profité de l’occasion pour activer XRISM et Resolve sur le pulsar GX 13+1 comme analogue possible aux vents sortants autour des trous noirs. Plus proche et plus brillant en rayons X que la plupart des trous noirs supermassifs, GX 13+1 était un candidat de choix pour l’étude.
Ils allaient avoir une surprise. GX 13+1 a soudainement commencé à s'éclaircir juste avant l'ouverture de la fenêtre d'observation. Cet événement fortuit a donné aux astronomes une rare occasion d’étudier en détail les vents sortants. La pression de collision a même atteint la limite d'Eddington, la barrière à laquelle la pression lumineuse à haute énergie convertit toute la matière entrante en vent cosmique sortant.
« Lorsque nous avons vu pour la première fois la richesse des détails des données, nous avons eu le sentiment d'assister à un résultat révolutionnaire », a déclaré Matteo Guainazzi (ESA) dans un récent communiqué de presse. « Pour beaucoup d'entre nous, c'était la réalisation d'un rêve que nous poursuivions depuis des décennies. »
Mais cet étrange vent de pulsar semblait aussi avoir une personnalité qui lui était propre. Plus précisément, ce vent semblait en réalité lent, se déplaçant « seulement » à une vitesse lente d’un million de kilomètres par heure. Bien que cela puisse sembler rapide, les vents observés s'éloignent des trous noirs supermassifs atteignant la limite d'Eddington sont réel des véhicules rapides, voyageant à 200 millions de kilomètres par heure. Cela représente environ un quart de la vitesse de la lumière.
Ce vent de pulsar est également doux, contrairement au vent groupé émanant des disques d’accrétion entourant les trous noirs supermassifs. À ce stade, les chercheurs soupçonnent que la différence est due à la taille et à la température des disques d’accrétion environnants. Ironiquement, les disques autour des trous noirs supermassifs sont plus grands que ceux observés autour des pulsars et plus froids. Cette découverte est cruciale pour comprendre comment les pulsars et les trous noirs influencent leur environnement local et comment celui-ci détermine la formation des étoiles.
La résolution de XRISM a rendu cette découverte possible. L’ESA envisage également une mission de suivi baptisée ATHENA (Advanced Telescope for High Energy Astrophysics), dont le lancement est prévu en 2037.
Bien que XRISM ne reçoive pas la presse de Hubble ou de JWST, c'est un instrument étonnant. Cette découverte met en lumière les vents cosmiques cachés et leur rôle dans l’univers.
