Avec le radiotélescope le plus puissant de l'hémisphère sud, nous avons observé une étoile scintillante et découvert une abondance de structures de plasma mystérieuses dans notre quartier cosmique.
Les structures plasmatiques que nous voyons sont des variations de densité ou de turbulence, semblables à des cyclones interstellaires suscitées par des événements énergétiques dans la galaxie.
L'étude, publiée aujourd'hui dans Astronomie naturelledécrit également les premières mesures des couches de plasma dans une onde de choc interstellaire qui entoure un pulsar.
Nous réalisons maintenant que notre milieu interstellaire local est rempli de ces structures et nos résultats incluent également un phénomène rare qui remettra en question les théories des ondes de choc pulsar.
Qu'est-ce qu'un pulsar et pourquoi a-t-il une onde de choc?
Nos observations ont perfectionné sur le Pulsar à tourments rapides à proximité, J0437-4715, qui est à 512 années-lumière de la Terre. Un pulsar est une étoile à neutrons, un reste stellaire super dense qui produit des faisceaux d'ondes radio et un « vent » énergique de particules.
Le pulsar et son vent se déplacent avec une vitesse supersonique à travers le milieu interstellaire – les choses (gaz, poussière et plasma) entre les étoiles. Cela crée un choc arc: une vague de choc de gaz chauffé qui brille rouge.
Le plasma interstellaire est turbulent et disperse les ondes radio Pulsar légèrement à l'écart d'un chemin direct et linéaire. Les ondes dispersées créent un motif de patchs brillants et sombres qui dérive de nos radiotélescopes comme la terre, le pulsar et le plasma se déplacent tous dans l'espace.
De notre point de vue, cela provoque un scintillement du pulsar, ou «scintiller». L'effet est similaire à la façon dont la turbulence dans l'atmosphère de la Terre fait scintiller les étoiles dans le ciel nocturne.
La scintillation pulsar nous donne des informations uniques sur les structures de plasma trop petites et faibles pour être détectées d'une autre manière.
Petite étoile radio scintillante
À l'œil nu, le scintillement d'une étoile peut apparaître aléatoire. Mais pour les pulsars au moins, il y a des motifs cachés.
Avec les bonnes techniques, nous pouvons découvrir des formes ordonnées à partir du motif d'interférence, appelées arcs de scintillation. Ils détaillent les emplacements et les vitesses des structures compactes dans le plasma interstellaire. L'étude des arcs de scintillation, c'est comme effectuer une tomodensitométrie du milieu interstellaire – chaque arc révèle une fine couche de plasma.
Habituellement, les études sur les arcs de scintillation n'en découvrent qu'une seule, ou tout au plus une poignée de ces arcs, donnant une vue des structures plasmatiques les plus extrêmes (les plus denses ou les plus turbulentes) de notre galaxie.
Notre étude de l'arc de scintillation a innové en dévoilant 25 arcs de scintillation sans précédent, les structures les plus plasmatiques observées pour tout pulsar à ce jour.
La sensibilité de notre étude n'était possible qu'en raison de la proximité du Pulsar (c'est notre voisin de Pulsar la plus proche du milliseconde) et de la grande zone de collecte du radiotélescope de Meerkat en Afrique du Sud.
Une surprise de bulle locale
Sur les 25 arcs de scintillation que nous avons trouvés, 21 ont révélé des structures dans le milieu interstellaire. Cela était surprenant parce que le pulsar – comme notre propre système solaire – est situé dans une région relativement calme de notre galaxie appelée bulle locale.
Il y a environ 14 millions d'années, cette partie de notre galaxie a été allumée par des explosions stellaires qui ont balayé le matériel dans le milieu interstellaire et ont gonflé un vide chaud. Aujourd'hui, cette bulle se développe toujours et s'étend maintenant jusqu'à 1 000 années-lumière de nous.
Nos nouvelles découvertes d'arc de scintillation révèlent que la bulle locale n'est pas aussi vide qu'on le pensait précédemment. Il est rempli de structures plasmatiques compactes qui ne pourraient être maintenues que si la bulle s'est refroidie, au moins dans certaines régions, de millions de degrés à 10 000 ° C légers.
Découvertes de choc
Comme le montre l'animation ci-dessous, le pulsar est entouré par son choc arc, qui brille rouge avec la lumière des atomes d'hydrogène énergisés.
Bien que la plupart des pulsars produisent des chocs d'arc, seule une poignée a jamais été observée parce que ce sont des objets faibles. Jusqu'à présent, aucun n'avait été étudié en utilisant la scintillation.
Nous avons tracé les quatre arcs de scintillation restants aux structures plasmatiques à l'intérieur Le choc de l'arc Pulsar, marquant la première fois que les astronomes ont regardé dans l'une de ces ondes de choc.
Cela nous a donné une vision de CT des différentes couches de plasma. En utilisant ces arcs avec une image optique, nous avons construit un nouveau modèle tridimensionnel du choc, qui semble être légèrement incliné en raison du mouvement du pulsar dans l'espace.
Les arcs de scintillation nous ont également donné les vitesses des couches de plasma. Loin d'être comme prévu, nous avons découvert qu'une structure de plasma intérieure se déplace vers le front de choc contre l'écoulement du matériau choqué dans la direction opposée.
Bien que ces flux de dos puissent apparaître dans les simulations, ils sont rares. Cette découverte conduira de nouveaux modèles pour ce choc d'arc.
Science scintillante
Avec des radiotélescopes nouveaux et plus sensibles en cours de construction dans le monde, nous pouvons nous attendre à voir la scintillation à partir de plus de chocs d'arc Pulsar et d'autres événements dans le milieu interstellaire.
Cela en découvrira davantage sur les processus énergétiques de notre galaxie qui créent ces structures plasmatiques autrement invisibles.
La scintillation de ce voisin Pulsar a révélé des structures de plasma inattendues à l'intérieur de notre bulle locale et nous a permis de cartographier et de mesurer la vitesse du plasma dans un choc d'arc. C'est incroyable ce qu'une petite star scintillante peut faire.
