Le cosmos est vert : des chercheurs surprennent la nature en train de « recycler » une étoile

Un pulsar « lent » ordinaire se transforme en pulsar milliseconde à rotations rapides

Pour la première fois, des chercheurs ont observé une activité de renaissance cosmique unique : la transformation d’un pulsar ordinaire à rotation lente en un pulsar milliseconde super-rapide, bénéficiant d’une durée de vie prolongée presque jusqu’à l’infini.

La découverte a été réalisée pendant un vaste projet d’étude des fréquences radio du ciel par une équipe internationale d’astrophysiciens, à l’Université McGill, l’Université de la Colombie-Britannique, l’Université de la Virginie-Occidentale, l’Observatoire de radioastronomie national des États-Unis et plusieurs autres institutions des États-Unis, des Pays-Bas et de l’Australie.

L’étude a été effectuée à l’aide du radiotélescope Robert C. Byrd de Green Bank, en Virginie-Occidentale, et couvrait près du tiers de la sphère céleste. Les résultats des travaux de l’équipe seront publiés en ligne par le journal Science, le 21 mai.

La découverte a été réalisée par la candidate au doctorat en astrophysique Anne Archibald et sa superviseure, la Pre Victoria Kaspi, du Groupe de recherche sur les pulsars de l’Université McGill. « L’étude a permis de découvrir un grand nombre de nouveaux pulsars, mais celui-ci est vraiment spécial. Il s’agit d’un pulsar très fraîchement "recyclé" qui sort tout juste de l’usine de recyclage », a déclaré madame Archibald. Les chercheurs mcgillois ont travaillé avec la professeure adjointe Ingrid Stairs, de l’Université de la Colombie-Britannique, et Scott Ransom, de l’Observatoire national de radioastronomie ainsi qu’avec d’autres chercheurs de la collaboration qui vise à effectuer davantage d’observations de ce pulsar inhabituel.

Les pulsars sont des étoiles à neutrons tournant rapidement sur elles-mêmes et émettant un puissant rayonnement électromagnétique, qui demeure après que des étoiles massives aient explosé pour devenir des supernovæ. Les pulsars émettent des faisceaux d’ondes radio qui balayent l’espace de façon circulaire, à la manière des phares, à mesure que l’étoile effectue sa rotation. La plupart tournent sur eux-mêmes relativement lentement, dix fois par seconde ou moins, et, habituellement, leurs champs magnétiques les font ralentir encore davantage au fil des millénaires. Les pulsars millisecondes, toutefois, effectuent des centaines de rotations par seconde.

« Nous savons que les pulsars ordinaires émettent habituellement un rayonnement au sein du spectre des radiofréquences pendant une période variant de un à dix millions d’années, mais ils finissent par ralentir suffisamment pour s’éteindre », a expliqué la Pre Kaspi. « Toutefois, certains de ces vieux pulsars se "recyclent" en pulsars millisecondes. Ils finissent par tourner sur eux-mêmes extrêmement rapidement et peuvent ensuite émettre un rayonnement éternel. Comment la nature arrive-t-elle à adopter un comportement aussi vert? »

On a longtemps émis la théorie que les pulsars millisecondes étaient créés dans des systèmes binaires, quand la matière d’un des deux pulsars se trouve dans la magnétosphère de son compagnon et augmente la vitesse de rotation, mais le processus n’avait jamais été observé directement jusqu’à aujourd’hui.

« Imaginez une balle de tennis sur table dans une baignoire, quand vous retirez le bouchon du drain », explique madame Archibald. « Toute l’eau tourbillonne autour de la balle et la fait soudainement tourner beaucoup plus vite que lorsqu’elle flottait simplement à la surface. »

« Nous avons observé des systèmes qui subissent une mise en rotation parce que, quand la matière y tombe, les étoiles deviennent vraiment brillantes aux rayons X et sont faciles à voir », a-t-elle ajouté. « Mais nous n’avons jamais observé les pulsations radio de ces étoiles pendant le processus de mise en rotation. Nous avons enfin trouvé un véritable pulsar radio qui indique, hors de tout doute, qu’il a simplement été recyclé. »

Le pulsar découvert par l’équipe de recherche a été observé de manière fortuite par un groupe indépendant de recherche optique qui a constaté que de la matière tourbillonnait autour du pulsar, il y a environ une décennie, l’équivalent d‘un clignement de l’œil en astronomie. Ce groupe a qualifié son observation de troublante, sans soupçonner qu’elle permettrait de découvrir un véritable pulsar radio.

« En d’autres mots, pour la première fois, nous avons entrevu pendant un bref instant une véritable usine de recyclage cosmique en action », a déclaré Ingrid Stairs, de l’Université de la Colombie-Britannique, qui s’est rendue à l’Observatoire national d’Australie et à l’Université de technologie Swinburne cette année. « Ce système nous fournit un laboratoire cosmique sans égal pour étudier comment les pulsars millisecondes évoluent et renaissent. »

Parmi les autres collaborateurs principaux œuvrant à cette étude, on compte les professeurs Maura McLaughlin et Duncan Lorimer, de l’Université de Virginie-Occidentale, et Scott Ransom, de l’Observatoire national de radioastronomie. En plus du télescope de Green Bank, les scientifiques ont utilisé, au cours de leur étude, le radiotélescope de Westerbork, aux Pays-Bas, le radiotélescope Arecibo de Puerto Rico et le radiotélescope de Parkes, en Australie.