Une étoile à neutrons à rotation lente « extraordinaire » secoue l’astrophysique

La plupart des étoiles effondrées tournent complètement en quelques secondes. Celui-ci prend presque une heure.

Des scientifiques australiens du Université de Sydney et l'agence scientifique nationale australienne, CSIROont détecté ce qui est probablement un étoile à neutrons tournant plus lentement que tout autre jamais mesuré.

Aucune autre étoile à neutrons émettrice de radio, sur plus de 3 000 découvertes jusqu'à présent, n'a été découverte en rotation aussi lente. Les résultats sont publiés aujourd'hui (5 juin) dans Astronomie naturelle.

L’auteur principal, le Dr Manisha Caleb de l’Institut d’astronomie de l’Université de Sydney, a déclaré : « Il est très inhabituel de découvrir une étoile à neutrons candidate émettant des pulsations radio de cette manière. Le fait que le signal se répète à un rythme aussi lent est extraordinaire.

Représentation artistique du radiotélescope ASKAP du CSIRO avec deux versions du mystérieux objet céleste : étoile à neutrons ou naine blanche ? Crédit : Carl Knox/OzGrav

Défis des modèles astrophysiques actuels

Cette étoile à neutrons inhabituelle émet de la lumière radio à une vitesse trop lente pour correspondre aux descriptions actuelles du comportement des étoiles à neutrons radio. Cela fournit de nouvelles informations sur les cycles de vie complexes des objets stellaires.

À la fin de leur vie, les grandes étoiles d’une masse environ 10 fois supérieure à celle du Soleil consomment tout leur carburant et explosent dans une explosion spectaculaire que nous appelons une supernova. Ce qui reste est un reste stellaire si dense que 1,4 fois la masse de notre Soleil est regroupée dans une boule de seulement 20 kilomètres de diamètre.

La matière est si dense que les électrons chargés négativement sont broyés en protons chargés positivement et ce qui reste est un objet composé de milliards de particules chargées neutrement. Une étoile à neutrons est née.

Compte tenu de la physique extrême avec laquelle ces étoiles s'effondrent, les étoiles à neutrons tournent généralement à une vitesse hallucinante, ne prenant que quelques secondes, voire fractions de seconde, pour tourner complètement sur leur axe.

Radiotélescope ASKAP du CSIRO sur le pays de Wajarri. Crédit : CSIRO

Observations uniques avec ASKAP

Aujourd'hui, des astronomes de l'Université de Sydney et du CSIRO ont découvert un objet compact répétant son signal avec une période relativement lente d'un peu moins d'une heure.

La découverte a été faite à l'aide du radiotélescope ASKAP du CSIRO dans le pays de Wajarri Yamaji en Australie occidentale.

Dr Manish Caleb, Faculté des sciences, Université de Sydney. Crédit : Université de Sydney, Fiona Wolf

Le radiotélescope ASKAP peut voir une grande partie du ciel à la fois, ce qui signifie qu'il peut capturer des choses que les chercheurs ne recherchent même pas. Le scientifique du CSIRO, le Dr Emil Lenc, co-auteur principal de l'article, a déclaré qu'ils n'auraient pas trouvé cet objet étrange sans la conception unique d'ASKAP.

«Nous surveillions simultanément une source de rayons gamma et recherchions un sursaut radio rapide lorsque j'ai repéré cet objet clignotant lentement dans les données. Trois choses très différentes dans un seul champ de vision », a-t-il déclaré.

« ASKAP est l'un des meilleurs télescopes au monde pour ce type de recherche, car il scanne en permanence une grande partie du ciel, nous permettant de détecter toute anomalie. »

Le mystère des signaux à longue période

L’origine d’un signal d’une si longue période reste un profond mystère, même si deux types d’étoiles sont les principaux suspects : les naines blanches et les étoiles à neutrons.

« Ce qui est intrigant, c’est la façon dont cet objet présente trois états d’émission distincts, chacun avec des propriétés totalement différentes des autres. Le radiotélescope MeerKAT en Afrique du Sud a joué un rôle crucial dans la distinction entre ces États. Si les signaux ne provenaient pas du même point du ciel, nous n'aurions pas cru qu'il s'agissait du même objet produisant ces différents signaux », a déclaré le Dr Caleb.

Implications théoriques et recherches futures

Alors qu'il était isolé nain blanc avec un champ magnétique extraordinairement fort pourrait produire le signal observé, il est surprenant que des naines blanches isolées hautement magnétiques à proximité n'aient jamais été découvertes. À l’inverse, une étoile à neutrons dotée de champs magnétiques extrêmes peut expliquer de manière assez élégante les émissions observées.

Dr Emil Lenc du CSIRO. Crédit : Andrew Zic, CSIRO

Bien qu'une étoile à neutrons à rotation lente soit l'explication probable, les chercheurs ont déclaré qu'ils ne pouvaient pas exclure que l'objet fasse partie d'un système binaire avec une étoile à neutrons ou une autre naine blanche.

Explorer de nouvelles frontières en astrophysique

Des recherches supplémentaires seront nécessaires pour confirmer si l’objet est une étoile à neutrons ou une naine blanche. Quoi qu’il en soit, cela fournira des informations précieuses sur la physique de ces objets extrêmes.
« Cela pourrait même nous inciter à reconsidérer notre compréhension vieille de plusieurs décennies des étoiles à neutrons ou des naines blanches ; comment ils émettent des ondes radio et à quoi ressemblent leurs populations dans notre voie Lactée galaxie », a déclaré le Dr Caleb.

Le professeur Tara Murphy, éminente radioastronome et directrice de l'École de physique de l'Université de Sydney, a déclaré : « Jusqu'à l'avènement de nos nouveaux télescopes, le ciel radio dynamique était relativement inexploré. Nous pouvons désormais regarder en profondeur et, souvent, nous constatons toutes sortes de phénomènes inhabituels. Ces événements nous donnent un aperçu du fonctionnement de la physique dans des environnements extrêmes.