Lorsqu'une étoile épuise son combustible nucléaire vers la fin de sa durée de vie, elle subit un effondrement gravitationnel et perd ses couches externes. Il en résulte une magnifique explosion connue sous le nom de supernova, qui peut conduire à la création d'un trou noir, d'un pulsar ou d'une naine blanche. Et malgré des décennies d’observation et de recherche, il y a encore beaucoup de scientifiques qui ne connaissent pas ce phénomène.
Heureusement, les observations en cours et les instruments améliorés mènent à toutes sortes de découvertes qui offrent des chances de nouvelles perspectives. Par exemple, une équipe d'astronomes de l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO) et de la NASA a récemment observé un pulsar «boulet de canon» s'éloignant à toute vitesse de la supernova qui serait à l'origine de sa création. Cette découverte donne déjà un aperçu de la façon dont les pulsars peuvent prendre de la vitesse à partir d'une supernova.
Le pulsar, désigné PSR J0002 + 6216 (J0002), est situé à environ 6 500 années-lumière de la Terre. Il a été découvert à l'origine en 2017 par des citoyens scientifiques travaillant pour un projet appelé [protégé par e-mail], qui s'appuie sur des volontaires pour analyser les données du télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA (FGST). Ce projet a jusqu'à présent été responsable de la découverte de 23 pulsars.
Cependant, c'est cette découverte particulière qui a été particulièrement importante. Depuis sa découverte, une équipe dirigée par Frank Schinzel de l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO) a effectué des observations radio de suivi à l'aide du très grand réseau Karl G. Jansky (VLA) au Nouveau-Mexique. Ceux-ci ont montré que le pulsar avait une queue de particules choquées et d'énergie magnétique qui s'étendait 13 années-lumière derrière lui.
Encore plus intéressant était le fait que cette queue pointait vers le centre d'un reste de supernova situé à 53 années-lumière derrière elle (CTB 1). Cette queue était le résultat du mouvement rapide du pulsar à travers le gaz interstellaire, ce qui a entraîné des ondes de choc qui produisent de l'énergie magnétique et des particules accélérées dans son sillage. Comme Shinzel l'a expliqué dans un récent communiqué de presse de la NASA:
«Grâce à sa queue étroite semblable à une fléchette et à un angle de vue fortuit, nous pouvons retracer ce pulsar directement vers son lieu de naissance. Une étude plus approfondie de cet objet nous aidera à mieux comprendre comment ces explosions sont capables de «donner un coup de pied» aux étoiles à neutrons à une vitesse aussi élevée. »
En s'appuyant sur les données de Fermi, l'équipe a pu mesurer à quelle vitesse et dans quelle direction le pulsar se déplaçait. Cela a été accompli grâce à une technique connue sous le nom de «synchronisation de pulsar», où les flashs gamma qui se produisent à chaque rotation du pulsar (dans le cas de J0002, 8,7 fois par seconde) sont utilisés pour suivre le mouvement.
À partir de cela, l'équipe a déterminé que le J0002 se déplaçait à une vitesse d'environ 1125 km / s (700 mps) ou 4 millions de km / h (2,5 millions de mph). Dans le passé, les scientifiques ont observé des pulsars se déplaçant à des vitesses élevées, mais à une vitesse moyenne environ cinq fois plus lente - 240 km / s (150 mps). Comme l'explique Dale Frail (un chercheur du NRAO qui faisait partie de l'équipe de découverte):
«Les débris d'explosion dans le reste de la supernova se sont développés à l'origine plus rapidement que le mouvement du pulsar. Cependant, les débris ont été ralentis par leur rencontre avec le matériau fragile dans l'espace interstellaire, de sorte que le pulsar a pu le rattraper et le dépasser. »
L'équipe a également déterminé que le pulsar aurait finalement rattrapé la coque en expansion créée par la supernova. Au début, les débris en expansion de la supernova se seraient déplacés vers l'extérieur plus rapidement que J0002, mais après environ 5000 milliers d'années, l'interaction de la coque avec le gaz interstellaire l'a progressivement ralenti. À 10 000 ans, ce que les astronomes voient maintenant, le pulsar était bien à l'extérieur de la coquille.
Alors que les astronomes savent depuis longtemps que les pulsars peuvent obtenir une accélération de la vitesse des explosions de supernova qui les créent, ils ne savent pas comment cela se produit. Une explication possible est que les instabilités dans l'étoile qui s'effondre auraient pu produire une région dense et lente de la matière qui a commencé à tirer l'étoile à neutrons, l'accélérant progressivement loin du centre de l'explosion.
"Ce pulsar se déplace assez vite pour finalement s'échapper de notre galaxie de la Voie lactée", a déclaré Frail. «De nombreux mécanismes de production du coup de pied ont été proposés. Ce que nous voyons dans le PSR J0002 + 6216 soutient l'idée que les instabilités hydrodynamiques dans l'explosion de la supernova sont responsables de la grande vitesse de ce pulsar. »
Pour l’avenir, l’équipe prévoit de réaliser des observations supplémentaires à l’aide du VLA, du Very Long Baseline Array (VLBA) de la National Science Foundation et de l’Observatoire de rayons X Chandra de la NASA. Nous espérons que ces suivis fourniront plus d'indices sur la façon dont ce pulsar a pris tant de vitesse, ce qui pourrait aider à résoudre une partie du mystère qui entoure toujours les explosions de supernovae.
Ces résultats ont récemment été partagés lors de la 17e réunion de la Division d'astrophysique des hautes énergies (HEAD) de l'American Astronomical Society, qui s'est tenue du 17 au 21 mars à Monterey, en Californie. Ils font également l'objet d'une étude en cours de révision pour publication dans le dernier numéro de The Astrophysical Journal Letters.
