Vue du trou noir dans une binaire à rayons X et des rayons X que nous voyons se refléter sur la surface interne du puissant flux qui entoure le trou. Crédit : Alexander Mushtukov
Des astronomes ont découvert qu'un binaire à rayons X bien connu, dont la nature exacte était jusqu'à présent un mystère pour les scientifiques, est en fait une source de rayons X ultralumineuse cachée.
Systèmes binaires à rayons X, qui comprennent une étoile normale et un objet compact comme un trou noirsont très efficaces pour libérer l'énergie gravitationnelle. Cygnus X-3, découvert au début des années 1970, est connu pour ses émissions radio intenses mais brèves, ce qui en fait un « casse-tête astronomique ». Des études récentes utilisant NASALes satellites IXPE ont révélé que Cygnus X-3 est entouré d'une enveloppe dense de matière, réfléchissant la lumière sur ses parois intérieures, et est identifié comme une source de rayons X ultra-lumineux (ULX) dans notre galaxie.
Comprendre les systèmes binaires à rayons X
Les binaires à rayons X sont des systèmes intrigants constitués de deux corps célestes : une étoile normale et un objet compact et mort tel qu'un trou noir ou un étoile à neutrons qui aspire la matière de son compagnon stellaire. Quelques centaines de sources de ce type ont été identifiées jusqu'à présent dans notre Galaxie. Parmi les phénomènes les plus puissants de l'Univers, la libération d'énergie gravitationnelle dans les systèmes binaires à rayons X se distingue par son efficacité.
Découverte et mystère de Cygnus X-3
Parmi les premiers systèmes binaires à rayons X découverts dans le cosmos figure le système Cygnus X-3. Depuis le début des années 1970, ce système binaire est connu pour sa capacité à émerger brièvement comme l’une des sources radio les plus intenses, puis à s’affaiblir ou à disparaître complètement en quelques jours. Cette caractéristique particulière a stimulé les premiers efforts, coordonnés par des appels téléphoniques, pour réunir les observations astronomiques du monde entier. Le comportement unique du système lors de ces événements de courte durée et hautement énergétiques, contrastant avec sa nature par ailleurs « normale », lui a valu d’être surnommé « le puzzle astronomique Cygnus X-3 » par RM Hjellming en 1973. De nombreux efforts ont depuis lors été déployés pour comprendre sa nature.
Avancées dans la polarimétrie des rayons X
La percée dans la résolution de cette énigme a été réalisée grâce à l'étude de ce système avec le satellite Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) lancé par la NASA en décembre 2021. Selon Alexandra Veledina, chercheuse à l'Académie de l'Université de Turku en Finlande et auteur principal de l'étude, l'utilisation de la vision polarisée aux rayons X a permis de mieux comprendre la configuration de la matière entourant l'objet compact le plus proche du trou noir.
« Nous avons découvert que l’objet compact est entouré d’une enveloppe de matière dense et opaque. La lumière que nous observons est une réflexion sur les parois intérieures de l’entonnoir formé par le gaz environnant, ressemblant à une tasse avec un intérieur miroir », explique Veledina.
Aperçu des sources de rayons X ultra-lumineuses
Cette révélation a conduit à l'identification de Cygnus X-3 comme un membre de la classe des sources de rayons X ultra-lumineuses (ULX), qui consomment de la matière à un rythme si gargantuesque qu'une fraction considérable de la matière qui tombe ne rentre pas dans l'horizon des événements, mais est plutôt crachée hors du système.
« Les ULX sont généralement observés comme des taches lumineuses dans les images de galaxies lointaines, avec leurs émissions amplifiées par les effets de focalisation de l'entonnoir entourant l'objet compact, agissant comme un mégaphone », explique Juri Poutanen, professeur au département de physique et d'astronomie de l'université de Turku et co-auteur de la recherche.
« Cependant, en raison des vastes distances qui les séparent de ces sources, des milliers de fois au-delà de la portée de la Voie lactéeils apparaissent relativement faibles pour les télescopes à rayons X. Notre découverte a maintenant dévoilé un homologue brillant de ces ULX lointains résidant dans notre propre galaxie. »
Cette découverte importante marque un nouveau chapitre dans l’investigation de cette source cosmique extraordinaire, offrant l’opportunité d’une exploration en profondeur de la consommation extrême de matière.
