Rare classe d'étoiles exotiques agissant comme super aimants

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Les scientifiques ont découvert qu'une classe rare et énigmatique d'étoiles à neutrons, dont on ne connaît que cinq exemples, sont en réalité des magnétoiles, soit des étoiles exotiques dont le champ magnétique est des milliards de fois plus puissant que celui du Soleil ou de la Terre.

Ces étoiles à neutrons, que l'on appelle des pulsars à rayons X anormaux (AXP) ont défié toute explication physique depuis que la première d'entre elles a été découverte en 1982. Le rapport récemment établi entre les AXP et les magnétoiles fait l'objet d'un article paru dans le numéro de Nature du 12 septembre, selon les données provenant du satellite Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA.

Cette découverte réalisée par une équipe dirigée par le professeur Victoria Kaspi de l'Université McGill à Montréal, a pour effet de doubler le nombre de magnétoiles connues, dont le champ magnétique est tellement puissant qu'il peut démagnétiser une carte de crédit à 100 000 milles de distance.

« Les gens soupçonnaient depuis des années que ces AXP bizarres étaient des magnétoiles », déclare Mme Kaspi, « et nous en avons enfin la preuve formelle. Nous en avons attrapé une qui émettait un sursaut, tout comme une magnétoile ».

Cette observation de Mme Kaspi a été réalisée conjointement avec Fotis Graviil, le principal auteur de l'article paru dans Nature et étudiant de troisième cycle au département de physique de l'Université McGill, et Peter Woods du National Space Science and Technology Center à Huntsville, en Alabama.

Une étoile à neutrons est une sphère massive d'environ 10 kilomètres de diamètre, qui est formée des restes d'une étoile effondrée qui avait jadis une masse dix fois supérieure à celle du soleil. Les étoiles à neutrons qui émettent des sursauts réguliers de rayons X à chaque rotation s'appellent des pulsars à rayons X. On a dit des AXP que c'étaient des pulsars « anormaux » car les scientifiques n'ont jamais réussi à déterminer leur source d'énergie. Les autres types d'étoiles à neutrons brillent en vertu de leur énergie gravitationnelle ou rotationnelle, option qui n'existe tout bonnement pas pour les AXP. Fait mystérieux, les AXP sont par ailleurs extrêmement faibles ou même complètement indétectables dans toute autre région du spectre électromagnétique, à l'exception des rayons X.

La source des rayons X des AXP est l'énergie magnétique, comme le démontre la dernière observation de Rossi Explorer.

En 1979, les scientifiques ont observé l'énorme sursaut d'une étoile à neutrons qui, après une analyse plus fouillée, a marqué la découverte d'une nouvelle classe d'étoiles à neutrons connue sous l'appellation de répéteurs Gamma mous (SGR). Ces étoiles entrent dans une période de sursaut lorsqu'elles émettent une faible énergie, ou des rayons Gamma « mous » (que l'on appelle également la haute énergie ou les rayons X « durs »).

Vers le milieu des années 1990, les scientifiques ont eu la preuve que les répéteurs Gamma mous avaient un champ magnétique mille fois supérieur à celui des étoiles à neutrons ordinaires, puisqu'il mesurait 10^14 à 10^15 Gauss. (Cela équivaut à 100 billions d'aimants de réfrigérateur de 10 Gauss chacun; le champ magnétique du soleil est d'environ 5 Gauss). Les répéteurs Gamma mous ont alors été baptisés magnétoiles, qui étaient des objets théorisés que l'on n'avait pas observés jusque là. On ne connaît que 5 magnétoiles à répéteurs Gamma mous.

On ne savait pas jusqu'à aujourd'hui que les AXP émettaient des sursauts, comme les répéteurs Gamma mous. L'équipe de Mme Kaspi a observé le premier sursaut d'un AXP, reliant les deux types de sources exotiques. En fait, les AXP sont peut-être des versions plus jeunes des SGR.

L'équipe a observé le sursaut d'une source nommée AXP 1E 1048-5937 dans la galaxie Carina. « C'est la combinaison de similitudes dans les paramètres de spin, les spectres et surtout maintenant le sursaut qui permet d'établir un lien concluant entre les AXP, les SGR et les magnétoiles », affirme Fotis Gavriil.

(En 1996, les théoriciens Christopher Thompson et Robert Duncan ont prédit que les sursauts comme ceux des magnétoiles pourraient un jour être observés dans un AXP, contrairement à tous les autres modèles de l'époque.)

Mme Kapsi ajoute que l'équipe a aussi détecté une caractéristique spectrale dans l'un des sursauts d'AXP à une intensité énergétique de 14 kiloélectron volts (keV). Si cette caractéristique spectrale est attribuable à un proton à grande vitesse tournant autour de la surface de l'étoile à neutrons, cela pourrait signifier que l'AXP a un champ magnétique d'un million de milliards de Gauss (10^15). Cependant, il est difficile de mesurer avec précision les champs magnétiques, et cette technique n'a pas encore fait ses preuves.

Peter Woods se joint au National Space Science and Technology Center par le biais de l'Association universitaire de recherche spatiale.