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Posté par Adrien le Jeudi 04/05/2017 à 00:00
Des astrophysiciens ont étudié un pulsar en train de "rajeunir" dans une galaxie voisine
Des scientifiques français de l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, IRAP (CNRS/Université de Toulouse Paul Sabatier) ont publié les résultats d'une étude sur un pulsar unique ultra-lent XB091D. On estime que cette étoile à neutrons a capturé une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) qualifiée de compagne, il y a seulement un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) d'années et, depuis lors, elle retrouve graduellement sa rotation rapide initiale. Le jeune pulsar (Un pulsar, dont le nom provient de l'abréviation de pulsating radio source (source radio pulsante), est le nom donné à une étoile à neutrons tournant très...) est situé dans l'un des plus anciens amas globulaires de la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.) d'Andromède, ce qui démontre que cet amas était autrefois une galaxie naine (Une galaxie naine est une petite galaxie composée de l'ordre de 10 milliards d'étoiles, un nombre relativement faible par rapport aux 100 milliards...).


Le plus lent pulsar à rayons X a été découvert dans un amas d'étoiles de la galaxie d'Andromède. C'est une étoile à neutrons de petite taille mais très dense qui capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui passe au voisinage d'un astre, est retenu dans la gravisphère de ce dernier. La capture de l'objet céleste aboutit à sa...) le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le...) de son étoile compagne. Le gaztombe en spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle tourne autour.) sur le pulsar et forme un point (Graphie) chaud et brillant sur sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...). La période de rotation (La période de rotation désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour faire un tour sur lui même. Par exemple, la Terre a une période de rotation d'environ 24 heures.) de l'étoile à neutrons est de 1,2 secondes, ce qui crée un effet-phare. Crédits: A. Zolotov.

Les jeunes étoiles massives meurent, en explosant comme des supernovae brillantes. Dans ce processus, les couches externes de leur matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux....) sont rejetées et le noyau se rétrécit, devenant habituellement une étoile neutronique compacte et superdense. Fortement magnétisés, elles tournent rapidement, faisant des centaines de tours par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...), mais elles finissent par perdre leur énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de rotation et par ralentir, émettant alors des faisceaux de particules étroits. Elles émettent un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) radiophonique ciblé qui atteint périodiquement la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...), créant l'effet d'une source de pulsation régulière avec une période d'une milliseconde généralement.

Quand le pulsar rencontre une étoile ordinaire, il rajeunit et accélère à nouveau sa rotation. Après avoir formé avec elle un système binaire (Le système binaire est un système de numération utilisant la base 2. On nomme couramment bit (de l'anglais binary digit, soit « chiffre binaire ») les chiffres...), l'étoile à neutrons commence à attirer de la matière en provenance de l'étoile ce qui forme un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) d'accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.) très chaud autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco, Megatriorchis,...) d'elle. Le disque gazeux se trouvant à côté de l'étoile à neutrons est déchiré par son champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction, définie en tout point de...), de sorte que la matière tombe sur elle, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la...) un "point chaud" - la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et...) de ce point peut atteindre des millions de degrés et émet des rayons X. L'étoile à neutrons rotative peut alors être considérée comme un pulsar de rayons X pareil à une balise, alors que la matière qui continue de tomber sur elle donne une impulsion supplémentaire, ce qui accélère la rotation.

Alors en quelques centaines de milliers d'années, ce qui ne représente qu'un instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être...) pour l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), l'ancien pulsar, dont la rotation avait déjà ralenti à un seul tour en quelques secondes, peut à nouveau tourner mille fois plus vite. Ce phénomène rare a été observé par une équipe d'astrophysiciens de l'IRAP, en collaboration avec des scientifiques d'Italie et de Russie. Le pulsar à rayons X appelé XB091D a été découvert au début de son "rajeunissement" alors que sa rotation était la plus lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) de tous les pulsars connus à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...). Cette étoile à neutrons effectuait sa rotation en 1,2 seconde ce qui est plus de dix fois plus lent que le record précédent. Selon les scientifiques, l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique,...) de la rotation du pulsar a commencé il y a moins d'un million d'années.

La découverte a été faite en utilisant les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) recueillies par l'observatoire spatial XMM-Newton entre 2000 et 2013 et combinées par des astronomes de l'IRAP dans une base de données (En informatique, une base de données (Abr. : « BD » ou « BDD ») est un lot d'informations stockées dans un dispositif...) en ligne. L'accès à l'information sur environ 50 milliards de photons X a déjà permis aux scientifiques de différents pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la...) de découvrir un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'objets intéressants précédemment inaperçus. Parmi eux se trouvait le pulsar XB091D, qui a également été remarqué par un autre groupe d'astronomes italiens qui ont publié leurs résultats il y a plusieurs mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.). XB091D n'est que le deuxième pulsar détecté en dehors de notre Galaxie et ses galaxies satellites les plus proches. Par la suite, deux autres pulsars de ce genre ont été détectés ultérieurement en utilisant le même catalogue en ligne.


"Les détecteurs sur le satellite (Satellite peut faire référence à :) XMM-Newton ne captent qu'un seul photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point de vue...) de ce pulsar toutes les cinq secondes. Par conséquent, la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...) de pulsars parmi les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) XMM-Newton peut être comparée à la recherche d'une aiguille dans une botte de foin", explique Ivan Zolotukhin. En fait, pour cette découverte, nous avons dû créer des outils mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les...) complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité d'informations...) nouveaux qui nous ont permis de rechercher et d'extraire le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour...) périodique. En théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative,...), il existe de nombreuses applications pour cette méthode, y compris en dehors de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas...). "

Sur la base de trente-huit observations de XMM-Newton, les astronomes ont réussi à caractériser en détail le système XB091D. C'est un pulsar à rayons X d'environ 1 million d'années, le compagnon (Le Compagnon (titre original : Alvin Journeyman) est un roman de fantasy publié en 1995 par Orson Scott Card (États-Unis).) de cette étoile à neutrons est une vieille étoile de taille modérée (environ quatre cinquièmes de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la...) du Soleil). Le système binaire lui-même a une période de rotation de 30,5 heures (L'heure est une unité de mesure  :), et l'étoile à neutrons tourne une fois sur son axe toutes les 1,2 secondes. Dans environ 50 mille ans, il accélèrera suffisamment sa rotation pour se transformer en un pulsar milliseconde ordinaire.


Cependant, ce ne sont pas seulement des paramètres orbitaux inhabituels que les astronomes ont pu observer, mais également l'endroit où se trouve XB091D. Les auteurs ont montré que XB091D est situé dans la galaxie voisine Andromède à 2,5 millions d'années-lumière, parmi les étoiles de l'amas globulaire B091D extrêmement dense, où dans une rayon de seulement 90 années-lumière, il y a plus d'un million de vieilles étoiles ayant un faible rayonnement. L'âge de l'amas globulaire lui-même est estimé à 12 milliards d'années, de sorte qu'aucune supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa...) récente n'aurait pu y donner naissance à un pulsar.

"Dans notre Galaxie, aucun pulsar à rayons X si lent n'a jamais été observé dans cent cinquante amas globulaires connus, car leurs noyaux ne sont pas ni assez gros ni assez denses pour former des étoiles binaires proches à un taux suffisamment élevé", commente Ivan Zolotukhin.

Cela indique que le noyau de l'amas B091D, avec une composition extrêmement dense d'étoiles dans le XB091D, est beaucoup plus grand que celui d'un amas habituel. Donc, nous avons affaire à un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les relations externes qu'il...) rare de plus grande taille caractérisé par le résidu dense d'une petite galaxie absorbé auparavant par la galaxie Andromède. La densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure...) des étoiles ici est d'environ dix millions de fois plus élevée que dans les environs du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...) et cette région s'étend à 2,5 années-lumière.

Selon les scientifiques, c'est l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...) d'étoiles de haute densité au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle...) de l'amas globulaire B091D qui a permis à une étoile de neutrons de capturer un compagnon il y a environ un million d'années et de commencer le processus d'accélération et de "rajeunissement".

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Source: CNRS-INSU