L'étoile à neutrons la plus lente de tous les temps découverte dans un cimetière cosmique

Un signal radio pulsé inhabituel émergeant d’un « cimetière stellaire » pourrait être la preuve d’une nouvelle classe d’étoiles à neutrons, selon une équipe internationale de scientifiques. Le signal du pulsar provient d’une étoile à neutrons vieille de 53 millions d’années tournant une fois toutes les 76 s, ce qui en fait l’étoile à neutrons à rotation la plus lente jamais observée. L'étoile a été désignée PSR J0901-4046 et a été trouvée par le SuricateKAT radiotélescope en Afrique du Sud.

Une étoile à neutrons est un objet dont la masse est similaire à celle du Soleil, mais qui a été écrasé par la gravité sur un diamètre d'environ 20 km. L'élan angulaire est conservé à mesure que l'étoile est comprimée, ce qui signifie que la vitesse de rotation de l'étoile augmente – un peu comme la façon dont une patineuse artistique virevoltante accélère lorsqu'elle rentre ses bras.

Les étoiles à neutrons en rotation sont bien connues pour diffuser des faisceaux d’ondes radio qui apparaissent sous forme d’impulsions aux observateurs sur Terre. Le processus d'émission radio est piloté par la rotation de l'étoile et ce transfert d'énergie finit par ralentir la rotation au point où les émissions devraient s'arrêter.

Des pulsations inattendues

« Ce qui est surprenant dans cette découverte, c’est qu’elle réside dans le cimetière des étoiles à neutrons. Cela le rend spécial », explique Manisha Caleb à l'Université de Sydney, qui était le chercheur principal du projet. « Nous ne prévoyons aucune pulsation radio dans cette région. Cette découverte a ouvert toute une région inexplorée où nous n’avions jamais cherché d’étoiles à neutrons auparavant.»

"C'est l'étoile à neutrons la plus lente connue à ce jour", ajoute Caleb, auteur principal d'un article dans Nature Astronomie  qui décrit la découverte. "Le fait même qu'elles émettent des ondes radio remet en question notre compréhension du vieillissement des étoiles à neutrons."

L'étoile à neutrons la plus lente précédemment repérée a une période de 23.5 s, ce qui signifie que cette nouvelle découverte est environ trois fois plus lente. Le PSR J0901–4046 semble avoir au moins sept types d'impulsions différents, dont certains sont fortement périodiques. Selon les chercheurs, cette diversité de types d’impulsions n’a jamais été observée auparavant.

Impulsions quasi-périodiques

« Aucune autre étoile à neutrons connue ne présente une telle variété. Le type d'impulsion « quasi-périodique » pourrait être dû à des vibrations sismiques ou à des oscillations de l'étoile à neutrons – qui pourraient être des indices importants sur le mécanisme d'émission produisant ces sursauts », explique Caleb. « C’est le début d’une nouvelle classe d’étoiles à neutrons. Comment ou si cela se rapporte à d’autres classes reste à explorer.

Caleb, ancien de l'Université de Manchester, explique que cette observation impliquait plus qu'un peu de chance. "Le fait que la source ne soit allumée que pendant environ 0.5 % de la période de rotation signifie que nous avons eu beaucoup de chance que le faisceau ait traversé la Terre", a-t-elle déclaré. "Il se pourrait bien qu'il nous manque toute une population de ces objets dont nous ignorions même l'existence jusqu'à présent."

"Les pulsars sont des étoiles à neutrons avec des faisceaux de rayonnement émergeant de leurs pôles magnétiques qui balayent la Terre pendant leur rotation, permettant aux astronomes de les détecter comme une série d'impulsions régulières", co-auteur de l'ouvrage. Nature Astronomie article et astrophysicien de l'Université d'Oxford, Ian Heywood, A déclaré Monde de la physique. "Nous pouvons utiliser des radiotélescopes pour chronométrer la rotation de ces étoiles à neutrons avec une extrême précision, ce qui fait des pulsars des ressources extrêmement fortuites pour tester de nombreux aspects de l'astrophysique et de la physique fondamentale."

Fortuit et fondamental

Heywood ajoute que deux des choses fondamentales que les chercheurs peuvent observer à propos des étoiles à neutrons sont la vitesse de leur rotation et la vitesse à laquelle cette rotation ralentit.

"Les théories sur les étoiles à neutrons prédisent que pour certaines combinaisons de ces deux valeurs, l'émission radio s'arrêtera et les faisceaux disparaîtront", dit-il. "Le fait que nous observions des émissions radio de cet objet avec une période de rotation aussi longue remet en question certaines de ces théories."

Heywood souligne que les valeurs du taux de rotation et de ralentissement du PSR J0901-4046 – techniquement appelé espace de paramètres – le marquent comme quelque chose de nouveau.

"Différentes classes d'étoiles à neutrons pulsées occupent des régions assez distinctes de l'espace des paramètres, et cette découverte s'oriente vers des régions qui ne contiennent aucune classe connue d'étoiles à neutrons", explique Heywood. « Il ne s’agit peut-être pas d’une nouvelle classe d’étoiles à neutrons, mais notre compréhension de la population actuelle connue est plutôt incomplète. Quoi qu’il en soit, cette découverte remet en question notre compréhension de ce type d’objet.

Les chercheurs affirment qu'en exploitant pleinement les données de MeerKAT et en combinant les techniques d'observation des projets MeerTRAP et ThunderKAT du télescope, ils espèrent rechercher davantage d'objets comme le PSR J0901-4046.

"Découvrir davantage de ces étoiles à neutrons pourrait s'avérer vital pour notre compréhension de la population galactique d'étoiles à neutrons", conclut Caleb.

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• Source : https://physicsworld.com/a/slowest-ever-neutron-star-is-found-in-cosmic-graveyard/