En combinant les données de Chandra et de l’IXPE, les astronomes en apprennent davantage sur la façon dont un pulsar injecte des particules dans l’espace et façonne son environnement. Les données radiologiques sont présentées avec les données infrarouges de la caméra à énergie sombre du Chili. Les jeunes pulsars peuvent créer des jets de matière et d’antimatière s’éloignant des pôles du pulsar, accompagnés d’un vent intense, formant une « nébuleuse du vent du pulsar ». Celui-ci, connu sous le nom de MSH 15-52, a une forme ressemblant à une main humaine et donne un aperçu de la façon dont ces objets sont formés. Crédit : Radiographie : NASA/CXC/Stanford Univ./R. Romani et coll. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE) ; Infrarouge : NASA/JPL-Caltech/DECaPS ; Traitement d’images : NASA/CXC/SAO/J. Schmidt
NASALes télescopes à rayons X de ont dévoilé les « os » magnétiques d’une structure spatiale en forme de main, offrant ainsi un aperçu approfondi du comportement des étoiles mortes et des puissants champs magnétiques qui les entourent.
En 1895, Wilhelm Röntgen découvrit les rayons X et les utilisa pour visualiser les os de la main de sa femme, lançant ainsi un outil de diagnostic révolutionnaire pour la médecine. Aujourd’hui, deux des télescopes spatiaux à rayons X de la NASA ont combiné leurs pouvoirs d’imagerie pour dévoiler les « os » du champ magnétique d’une remarquable structure en forme de main dans l’espace. Ensemble, ces télescopes révèlent le comportement d’une étoile morte et effondrée qui survit grâce à des panaches de particules de matière et d’antimatière sous tension.
Première radiographie médicale réalisée par Wilhelm Röntgen de la main de son épouse Anna Bertha Ludwig. Crédit : Wilhelm Röntgen
La transformation d’une étoile
Il y a environ 1 500 ans, une étoile géante de notre galaxie n’avait plus de combustible nucléaire à brûler. Lorsque cela s’est produit, l’étoile s’est effondrée sur elle-même et a formé un objet extrêmement dense appelé étoile à neutrons.
Les étoiles à neutrons en rotation dotées de champs magnétiques puissants, ou pulsars, fournissent des laboratoires de physique extrême, avec des conditions qui ne peuvent pas être reproduites sur Terre. Les jeunes pulsars peuvent créer des jets de matière et d’antimatière s’éloignant des pôles du Soleil. pulsaraccompagné d’un vent intense, formant une « nébuleuse du vent pulsar ».
La ressemblance de la nébuleuse
En 2001, l’observatoire de rayons X Chandra de la NASA a observé pour la première fois le pulsar PSR B1509-58 et a révélé que sa nébuleuse du vent pulsar (appelée MSH 15-52) ressemble à une main humaine. Le pulsar est situé à la base de la « paume » de la nébuleuse. MSH 15-52 est situé à 16 000 années-lumière de la Terre.
Observations approfondies de l’IXPE
Aujourd’hui, le plus récent télescope à rayons X de la NASA, l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), a observé MSH 15-52 pendant environ 17 jours, la plus longue période pendant laquelle il a observé un objet depuis son lancement en décembre 2021.
« Les données IXPE nous donnent la première carte du champ magnétique dans la « main » », a déclaré Roger Romani de l’Université de Stanford en Californie, qui a dirigé l’étude. « Les particules chargées produisant les rayons X se déplacent le long du champ magnétique, déterminant la forme de base de la nébuleuse, comme le font les os dans la main d’une personne. »
C’est la vue de MSH 15-52 issue de l’observation aux rayons X de Chandra. Il n’inclut pas les observations aux rayons X et infrarouges IXPE qui sont incluses dans l’image composite en haut de l’article. Crédit : Radiographie : NASA/CXC/Stanford Univ./R. Romani et coll. (Chandra); Traitement d’images : NASA/CXC/SAO/J. Schmidt
Informations sur la polarisation des rayons X
IXPE fournit des informations sur l’orientation du champ électrique des rayons X, déterminée par le champ magnétique de la source de rayons X. C’est ce qu’on appelle la polarisation des rayons X. Dans de vastes régions de MSH 15-52, le degré de polarisation est remarquablement élevé, atteignant le niveau maximum attendu des travaux théoriques. Pour atteindre cette force, le champ magnétique doit être très droit et uniforme, ce qui signifie qu’il y a peu de turbulences dans ces régions de la nébuleuse du vent du pulsar.
« Nous connaissons tous les rayons X comme outil médical de diagnostic pour les humains », a déclaré la co-auteure Josephine Wong, également de Stanford. « Ici, nous utilisons les rayons X d’une manière différente, mais ils révèlent à nouveau des informations qui nous seraient autrement cachées. »
Champs magnétiques et comportement des particules
Une caractéristique particulièrement intéressante du MSH 15-52 est un jet de rayons X brillant dirigé du pulsar vers le « poignet » au bas de l’image. Les nouvelles données IXPE révèlent que la polarisation au début du jet est faible, probablement parce qu’il s’agit d’une région turbulente avec des champs magnétiques complexes et enchevêtrés associés à la génération de particules de haute énergie. À la fin du jet, les lignes du champ magnétique semblent se redresser et devenir beaucoup plus uniformes, ce qui entraîne une polarisation beaucoup plus grande.
Carte du champ magnétique dans MSH 15-52. Les lignes représentent les mesures de polarisation IXPE, cartographiant la direction du champ magnétique local. La longueur des barres indique le degré de polarisation. Crédit : Radiographie : NASA/CXC/Stanford Univ./R. Romani et coll. (Chandra); NASA/MSFC (IXPE) ; Infrarouge : NASA/JPL-Caltech/DECaPS ; Traitement d’images : NASA/CXC/SAO/J. Schmidt
Ces résultats impliquent que les particules reçoivent un regain d’énergie dans les régions turbulentes complexes proches du pulsar à la base de la paume et s’écoulent vers les zones où le champ magnétique est uniforme le long du poignet, des doigts et du pouce.
« Nous avons découvert l’histoire de la vie de particules de matière super énergétique et d’antimatière autour du pulsar », a déclaré le co-auteur Niccolò Di Lalla, également de Stanford. « Cela nous apprend comment les pulsars peuvent agir comme accélérateurs de particules. »
Autres découvertes et collaborations
IXPE a également détecté des champs magnétiques similaires pour les nébuleuses du vent pulsar Vela et Crabe, ce qui implique qu’ils pourraient être étonnamment communs dans ces objets.
Ces résultats sont publiés dans un nouvel article dans Le Journal d’astrophysique.
Pour en savoir plus sur cette découverte, voir La mystérieuse main fantôme découverte par les télescopes à rayons X de la NASA.
IXPE est une collaboration entre la NASA et l’Agence spatiale italienne avec des partenaires et collaborateurs scientifiques dans 12 pays. IXPE est dirigé par Marshall. Ball Aerospace, dont le siège est à Broomfield, au Colorado, gère les opérations des engins spatiaux en collaboration avec le Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l’Université du Colorado à Boulder.
Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques depuis Cambridge, dans le Massachusetts, et les opérations aériennes depuis Burlington, dans le Massachusetts.
