Le pulsar 2e plus rapide, maintenant avec des rayons gamma

Concept d'artiste d'un pulsar. Dans cette illustration, le pulsar fait pivoter ses faisceaux radio (vert) et gamma (magenta) au-delà de la Terre à chaque rotation, de sorte que nous le voyons comme une impulsion. Image via la NASA.

Les explosions de supernova peuvent écraser des étoiles ordinaires en étoiles à neutrons, composées de matière exotique extrêmement dense. Les étoiles à neutrons mesurent environ 20 km, contrairement aux centaines de milliers de kilomètres pour des étoiles comme notre soleil. Pourtant, ils contiennent une masse de l'ordre de 1, 4 fois celle de notre soleil. Les étoiles à neutrons ont des champs magnétiques puissants. Ils émettent de puissants jets de radiations le long de leurs lignes de champ magnétique. Si, comme une étoile à neutrons tourne, ses faisceaux de rayonnement pointent périodiquement vers la Terre, nous voyons l'étoile comme une source de radio ou de rayons gamma à impulsions. Ensuite, l’étoile à neutrons est aussi appelée pulsar, souvent comparée à un phare cosmique. Les astronomes modernes savent que les pulsars tournent avec une rapidité ahurissante. Le deuxième plus rapide - appelé PSR J0952-0607 - tourne environ 707 fois par seconde! Des scientifiques de l'Institut Max Planck de physique gravitationnelle de Hanovre, en Allemagne, ont annoncé le 19 septembre 2019 que ce pulsar, J0952-0607 - qui n'était auparavant visible que du côté des fréquences radioélectriques - émettait maintenant des pulsations également en rayons gamma.

J0952-0607 - le nombre correspondant à la position de l'objet dans le ciel - a été découvert en 2017. Il a été vu à l'origine pour pulser dans les ondes radio, mais pas les rayons gamma. L’équipe internationale qui l’a étudiée en détail - et a récemment publié de nouveaux travaux à ce sujet dans le Astrophysical Journal, revue par les pairs - a déclaré dans un communiqué:

Le pulsar tourne 707 fois en une seconde et est donc le fil le plus rapide de notre galaxie en dehors des environnements stellaires denses des amas globulaires.

Concept d'artiste d'un reste de supernova avec une étoile à neutrons en son cœur. Les étoiles à neutrons naissent dans les supernovae. Lorsque les parties externes de l'étoile explosent vers l'extérieur, la partie interne de l'étoile implose. Les parties constitutives des atomes ordinaires - électrons et protons - sont broyées ensemble par gravité pour former des neutrons. Vous voulez en savoir plus sur les étoiles à neutrons? Essayez cet explicatif, de The Conversation . Image via ESA.

Les astronomes ont déclaré que ce pulsar gravitait autour du centre de masse commun dans 6, 2 heures avec une étoile compagnon. Le compagnon est extrêmement léger, avec une masse d'un cinquantième de celle de notre soleil. L'étoile de compagnie peut être verrouillée au pulsar, de la même façon que la Lune est verrouillée à la Terre, de telle sorte qu'un côté de la lune soit toujours face à la Terre. Si un côté de l'étoile compagnon fait toujours face au pulsar, ce côté de l'étoile serait chauffé par le rayonnement gamma du pulsar. Les astronomes ont dit croire voir la luminosité et la couleur du côté chaud du «jour» et du côté «nuit» du compagnon, à mesure que l'étoile du compagnon et le pulsar gravitent autour de leur centre de masse commun.

Ces détails ont été rendus possibles parce que, dans cette nouvelle étude, les astronomes ont analysé beaucoup de données sur ce pulsar et son compagnon. Ils ont utilisé 8, 5 années de données du télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA, deux années d’observations radio LOFAR, ainsi que des observations de deux grands télescopes optiques et des données d’ondes gravitationnelles des détecteurs LIGO. L'auteur principal de cette nouvelle recherche est Lars Nieder, titulaire d'un doctorat. étudiant au Centre Albert Einstein (Institut Max Planck) à Hanovre. L’analyse des données est l’un de ses domaines d’étude. Il a commenté:

Cette recherche est extrêmement difficile, car le télescope à rayons gamma Fermi n’a enregistré l’équivalent d’environ 200 rayons gamma émis par le faible pulsar au cours des 8, 5 années d’observation. Pendant ce temps, le pulsar lui-même a tourné 220 milliards de fois. En d'autres termes, un rayon gamma n'a été observé qu'une fois par milliard de rotations!

Pour chacun de ces rayons gamma, la recherche doit identifier exactement quand, lors de chacune des rotations de 1, 4 milliseconde, elle a été émise.

Lars Nieder, doctorant en astrophysique à l'Institut Albert Einstein de Hanovre, a dirigé la nouvelle recherche sur le PSR J0952-0607. Image via Max Planck.

Selon la déclaration de ces astronomes:

Cela nécessite de parcourir les données avec une résolution très fine afin de ne manquer aucun signal possible. La puissance de calcul requise est énorme. La recherche très sensible de faibles pulsations de rayons gamma aurait pris 24 ans à se faire sur un seul cœur d’ordinateur. En utilisant le cluster d’informations Atlas à l’AEI Hannover, tout s’est terminé en deux jours seulement.

Les astronomes ont déclaré avoir trouvé des surprises dans les données. Ils ont été surpris, par exemple, de ne pas trouver de pulsations gamma avant juillet 2011. Ils ont déclaré:

La raison pour laquelle le pulsar semble ne montrer que des pulsations après cette date est inconnue. Les variations dans la quantité de rayons gamma qu'il a émise pourraient être une des raisons, mais le pulsar est si faible qu'il n'a pas été possible de tester cette hypothèse avec une précision suffisante. Les modifications de l’orbite des pulsars observées dans des systèmes similaires pourraient également fournir une explication, mais les données ne laissent même pas présager que cela se produisait.

Pour l'instant, l'absence de pulsations gamma avant 2011 est un mystère.

Bruce Allen est directeur de l'Institut Albert Einstein de Hanovre et du doctorat de Nieder. superviseur. Image via Max Planck.

Les astronomes ont fait remarquer que les pulsars à rotation rapide tels que J0952-0607 sont des sondes de la physique extrême. Ils ont dit:

La rapidité avec laquelle les étoiles à neutrons peuvent tourner avant de se séparer des forces centrifuges est inconnue et dépend de la physique nucléaire inconnue. Les pulsars de l'ordre de la milliseconde, comme J0952-0607, tournent si rapidement parce qu'ils ont été accélérés par l'accumulation de matière sur leur compagnon. On pense que ce processus enterre le champ magnétique du pulsar. Avec les observations de rayons gamma à long terme, l’équipe de recherche a montré que J0952-0607 possède l’un des dix champs magnétiques les plus faibles jamais mesurés pour un pulsar, ce qui est conforme aux attentes théoriques.

Bruce Allen, Ph.D. de Nieder superviseur et directeur de l'Institut Albert Einstein de Hanovre, a ajouté:

Nous continuerons à étudier ce système avec des observatoires gamma, radio et optiques, car des questions demeurent sans réponse à ce sujet. Cette découverte montre également une fois de plus que des systèmes de pulsars extrêmes se cachent dans le catalogue Fermi LAT.

Nous utilisons également notre projet d'informatique distribuée de science citoyenne pour rechercher des systèmes de pulsars binaires à rayons gamma dans d'autres sources Fermi LAT et sommes confiants de pouvoir faire des découvertes plus intéressantes dans le futur.

Le profil des impulsions (distribution des photons de rayons gamma au cours d'une rotation du pulsar) de J0952-0607 est présenté en haut. Vous trouverez ci-dessous la distribution correspondante des photons individuels sur les 10 années d'observation. L'échelle de gris montre la probabilité (poids des photons) que des photons individuels proviennent du pulsar. À partir de la mi-2011, les photons s'alignent le long des pistes correspondant au profil des impulsions. Cela montre la détection des pulsations des rayons gamma, ce qui n’était pas possible avant la mi-2011. Image via l’Institut L. Nieder / Max Planck de physique gravitationnelle.

Résultat final: le PSR J0952-0607 tourne à 707 fois par seconde, ce qui en fait le deuxième pulsar le plus rapide et le plus rapide en dehors des clusters globulaires. Les astronomes viennent de découvrir que ce pulsar émet des rayons gamma de haute énergie.

Source: Détection et synchronisation des pulsations de rayons gamma du Pulsar 707 Hz J0952 à 0607

Institut Via Max Planck de physique gravitationnelle