Des astronomes utilisant le télescope IXPE de la NASA ont capturé des données inédites d’un magnétar – une étoile morte possédant le champ magnétique le plus puissant de l’univers – alors qu’il connaissait une immense explosion d’énergie. Ces observations marquent la première fois que des scientifiques mesurent la polarisation des rayons X provenant d’un magnétar lors d’une de ses éruptions imprévisibles, offrant de nouveaux indices cruciaux sur le fonctionnement de ces objets stellaires extrêmes et la génération de leur énergie intense.
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Qu’ont vu les scientifiques ?
La cible de cette observation était un magnétar connu sous le nom de 1E 1841-045, situé à environ 28 000 années-lumière de distance au sein des restes fantomatiques d’une supernova appelée Kes 73. Le 20 août 2024, ce magnétar lointain a soudainement flambé, attirant l’attention des astronomes.
Illustration montrant un magnétar en éruption (étoile à neutrons super-magnétique) et le télescope IXPE de la NASA.
En utilisant le satellite Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), l’équipe a pu mesurer la polarisation des rayons X émis pendant cet événement énergétique. La polarisation est essentiellement l’alignement des ondes lumineuses ; imaginez des vagues sur une corde vibrant de haut en bas ou d’un côté à l’autre. Mesurer cet alignement donne aux scientifiques des informations sur l’environnement d’où provient la lumière, en particulier les champs magnétiques puissants.
« C’est la première fois que nous sommes en mesure d’observer la polarisation d’un magnétar en état actif, et cela nous a permis de contraindre les mécanismes et la géométrie d’émission qui sous-tendent ces états actifs », a déclaré la cheffe d’équipe Michela Rigoselli, chercheuse à l’Institut National Italien d’Astrophysique (INAF).
Pourquoi cette observation est-elle importante ?
Les magnétars sont déjà fascinants car ils sont un type d’étoile à neutrons – le cœur incroyablement dense laissé après l’explosion d’une étoile massive lors d’une supernova. Mais les magnétars poussent les choses à l’extrême, affichant des champs magnétiques des billions de fois plus forts que celui de la Terre. Étudier ces champs directement est impossible, alors les scientifiques étudient la lumière qu’ils émettent, en particulier les rayons X, qui sont fortement influencés par des environnements magnétiques aussi extrêmes.
Observer un magnétar dans un état relativement calme, ou « quiescent », fournit certaines données, mais ces étoiles entrent périodiquement dans des phases incroyablement actives, libérant d’énormes quantités d’énergie en explosions soudaines. Comprendre ce qui déclenche et alimente ces éruptions puissantes est une énigme majeure en astrophysique. Mesurer la polarisation des rayons X pendant une éruption offre une sonde directe de la structure et du comportement du champ magnétique lorsque le magnétar est le plus actif.
Qu’est-ce qu’un magnétar ?
Les magnétars naissent de la mort dramatique d’étoiles beaucoup plus massives que notre soleil. Lorsque ces étoiles manquent de carburant, leurs noyaux s’effondrent à une vitesse incroyable, déclenchant une explosion de supernova. Ce qui reste est un noyau super dense, typiquement de seulement environ 20 kilomètres de diamètre, mais contenant plus de masse que notre soleil.
La matière d’une étoile à neutrons est si compacte qu’une seule cuillère à café pèserait environ 10 millions de tonnes sur Terre – c’est à peu près le poids de 85 000 baleines bleues adultes !
Comparaison de la densité extrême de la matière d'étoile à neutrons : une cuillère pèse 10 millions de tonnes, soit 85 000 baleines bleues.
Pendant l’effondrement du noyau, les lignes de champ magnétique d’origine de l’étoile sont comprimées dans un espace incroyablement petit. Cette compression amplifie le champ magnétique à des forces étonnantes, faisant des étoiles à neutrons les détenteurs des champs magnétiques les plus puissants connus dans l’univers. Les magnétars sont les champions même parmi ceux-ci, avec des champs peut-être mille fois plus forts que les étoiles à neutrons typiques.
Le mystère des éruptions de magnétars
Bien que puissants, les magnétars dans leur phase calme sont relativement prévisibles. Cependant, ils subissent périodiquement des éruptions violentes, libérant jusqu’à 1 000 fois l’énergie qu’ils dégagent normalement. Ces événements impliquent des changements rapides dans leurs champs magnétiques, souvent accompagnés d’explosions de rayons X et de rayons gamma.
Concept d'artiste d'une puissante éruption de rayons X depuis la surface d'un magnétar.
Les scientifiques soupçonnent que ces éruptions sont causées par des « tremblements d’étoiles » sur la croûte rigide de l’étoile à neutrons ou par des reconfigurations soudaines (« reconnexions ») des lignes de champ magnétique incroyablement emmêlées. Mais les mécanismes exacts restent flous. Observer les rayons X polarisés pendant un tel événement offre une fenêtre unique sur cette physique extrême.
Ce que les données de polarisation ont révélé
Les observations IXPE de 1E 1841-045 ont révélé que les rayons X émis pendant l’éruption devenaient de plus en plus polarisés à des niveaux d’énergie plus élevés. Étonnamment, cependant, l’angle de cette polarisation est resté constant sur différentes gammes d’énergie.
Cette découverte suggère que les différentes composantes de l’émission de rayons X produites pendant l’éruption sont connectées d’une manière ou d’une autre, probablement influencées par le champ magnétique puissant du magnétar. Cela indique également que les rayons X de plus haute énergie, qui sont les plus difficiles à étudier, sont fortement contrôlés par la structure du champ magnétique.
Cette recherche, publiée dans The Astrophysical Journal Letters, fournit des points de données essentiels pour affiner les modèles théoriques du comportement des magnétars.
Quelle est la prochaine étape ?
Avec cette observation sans précédent de la polarisation des rayons X d’une éruption de magnétar, les astronomes disposent d’une nouvelle référence. La prochaine étape est de continuer à surveiller 1E 1841-045. Michela Rigoselli a noté que l’observation du magnétar une fois qu’il sera revenu à son état quiescent sera cruciale « pour surveiller l’évolution de ses propriétés polarimétriques ».
La comparaison des données de polarisation des états actif et quiescent aidera les scientifiques à comprendre comment le champ magnétique et les mécanismes d’émission changent pendant une éruption, se rapprochant ainsi de la découverte des secrets de ces moteurs cosmiques ultra-denses et super magnétiques. Ce travail contribue à notre compréhension plus large de la matière et de l’énergie extrêmes dans l’univers.
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