Un « glitch » dans la rotation d’une étoile à neutrons révèle des secrets

Si une partie du contenu de l’étoile à neutrons commence à se déplacer vers l’extérieur, la rotation de l’étoile s’accélère. C’est ce que les astrophysiciens appellent un « glitch », et ce phénomène leur permet de comprendre un peu mieux ce qui se cache à l’intérieur de ces mystérieux objets.

Dans un article publié le 12 août dans la revue Nature Astronomy, une équipe regroupant des chercheurs de l’Université Monash de Melbourne, du Centre d’excellence pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav) du Conseil australien de la recherche, de l’Université McGill et de l’Université de Tasmanie rapporte les résultats de l’observation d’une étoile à neutrons connue sous le nom de « pulsar Vela » et située dans le ciel austral, à quelque 1 000 années-lumière de la Terre. Environ tous les trois ans, il se produit un glitch dans ce pulsar. Comme seulement 5 % des pulsars présentent de telles anomalies rotationnelles, la régularité de Vela en fait la cible de prédilection des chasseurs de glitches.

En réanalysant les données du glitch de 2016 du pulsar Vela, recueillies par Jim Palfreyman, coauteur de l’article et chercheur à l’Université de Tasmanie, l’équipe a constaté qu’au moment du glitch, l’étoile avait commencé à tourner à une vitesse plus grande que celle qui avait été observée jusque-là, avant de ralentir jusqu’à un état final.

Selon Paul Lasky, de l’Université Monash, cette observation donne pour la première fois aux scientifiques un aperçu détaillé de l’intérieur de l’étoile – et révèle que le centre du pulsar est en fait formé de trois composantes.

« L’une de ces composantes, un bouillon de neutrons superfluides situé dans la couche interne de la croûte de l’étoile, se déplace d’abord vers l’extérieur et heurte la croûte rigide externe, ce qui accélère la rotation du corps céleste, explique M. Lasky. Ensuite, une deuxième masse de bouillon superfluide venant du noyau rattrape la première, ce qui ralentit la rotation de l’étoile. »

Des chercheurs avaient prédit un tel phénomène de dépassement, mais personne ne l’avait observé auparavant. Parmi eux figure Vanessa Graber, de l’Université McGill, coauteure de l’article. Elle a rendu visite à l’équipe de l’Université Monash à la fin de l’année dernière, lors de son passage à l’OzGrav à titre de visiteuse internationale.

Aussitôt résolu, le mystère de ce glitch a toutefois fait place à une autre énigme. « Nous avons remarqué que tout juste avant le glitch, l’étoile semble ralentir sa rotation avant de reprendre de la vitesse, explique Greg Ashton, de l’École de physique et d’astronomie de l’Université Monash et auteur principal de l’article. Nous ne savons absolument pas ce qui peut causer cette manifestation, que l’on observe pour la première fois! Nous pensons qu’elle pourrait être liée à la cause du glitch, mais en toute franchise, nous n’en savons rien », ajoute-t-il, en précisant qu’il s’attend à ce que l’article donne naissance à de nouvelles théories sur les étoiles à neutrons.

Rotational evolution of the Vela pulsar during the 2016 glitch par Gregory Ashton, Paul D. Lasky, Vanessa Graber & Jim Palfreyman, Nature Astronomy (2019)

Art par Carl Knox, OzGrav ARC «Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery » illustration des 3 éléments des étoiles à neutrons, révélée pendant le «glitch» Vela de 2016.