Les pulsars sont les cadavres en rotation rapide d'étoiles massives. Un tel mystère: pourquoi les pulsars ont-ils des points chauds à un million de degrés autour de leurs pôles? De nouvelles données provenant de l’observatoire XMM-Newton X-Ray de l’ESA ont mis en doute la théorie selon laquelle les particules chargées entrent en collision avec la surface du pulsar à ses pôles. XMM-Newton n'a pas pu voir les émissions de rayons X dans plusieurs vieux pulsars qui auraient dû être très brillants si les particules entraient en collision en continu.
La super-sensibilité de l'observatoire aux rayons X XMM-Newton de l'ESA a montré que la théorie dominante sur la façon dont les cadavres stellaires, appelés pulsars, génèrent leurs rayons X doit être révisée. En particulier, l'énergie nécessaire pour générer les points chauds polaires à un million de degrés observés sur les étoiles à neutrons en refroidissement peut provenir principalement de l'intérieur du pulsar, pas de l'extérieur.
Il y a trente-neuf ans, les astronomes de Cambridge Jocelyn Bell-Burnell et Anthony Hewish ont découvert les pulsars. Ces objets célestes sont des noyaux tournants fortement magnétisés d'étoiles mortes, chacun ne mesurant que 20 kilomètres de diamètre mais contenant environ 1,4 fois la masse du Soleil. Aujourd'hui encore, ils embarrassent les astronomes du monde entier.
«La théorie de la façon dont les pulsars émettent leur rayonnement en est encore à ses balbutiements, même après près de quarante ans de travail», explique Werner Becker, Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Allemagne. Il existe de nombreux modèles mais aucune théorie acceptée. Maintenant, grâce aux nouvelles observations XMM-Newton, Becker et ses collègues ont peut-être trouvé une pièce cruciale du puzzle qui aidera les théoriciens à expliquer pourquoi les étoiles à neutrons refroidissants ont des points chauds dans leurs régions polaires.
Les étoiles à neutrons se forment à des températures de plus d'un milliard (1012 K) degrés lors de l'effondrement des étoiles massives. Dès leur naissance, ils commencent à se refroidir. La façon dont ils refroidissent doit dépendre des propriétés physiques de la matière superdense qu'ils contiennent.
Les observations des précédents satellites à rayons X ont montré que les rayons X des étoiles à neutrons refroidissants proviennent de trois régions du pulsar. Premièrement, toute la surface est si chaude qu'elle émet des rayons X. Deuxièmement, il y a des particules chargées dans l'environnement magnétique du pulsar qui émettent également des rayons X lorsqu'ils se déplacent vers l'extérieur, le long des lignes de champ magnétique. Troisièmement, et surtout pour cette dernière enquête, les plus jeunes pulsars montrent des points chauds de rayons X à leurs pôles.
Jusqu'à présent, les astronomes pensaient que des points chauds se produisent lorsque les particules chargées entrent en collision avec la surface du pulsar aux pôles. Cependant, les derniers résultats XMM-Newton ont mis en doute cette opinion.
XMM-Newton a capturé des vues détaillées de l'émission de rayons X de cinq pulsars, dont chacun avait plusieurs millions d'années. «Aucun autre satellite à rayons X ne peut faire ce travail. Seul XMM-Newton est capable d'observer les détails de leur émission de rayons X », explique Becker. Lui et ses collaborateurs n'ont trouvé aucune preuve d'émission de surface, ni de points chauds polaires, bien qu'ils aient vu l'émission des particules se déplaçant vers l'extérieur.
L'absence d'émission de surface n'est pas une surprise. Au cours des plusieurs millions d'années qui ont suivi leur naissance, ces pulsars sont passés de milliards de degrés à bien moins de 500 000 degrés Celsius, ce qui signifie que leur émission de rayons X sur toute la surface s'est estompée.
Cependant, le manque de points chauds polaires dans les anciens pulsars est une grande surprise et montre que le chauffage des régions de surface polaire par bombardement de particules n'est pas suffisamment efficace pour produire une composante radiologique thermique importante. «Dans le cas d'un pulsar PSR B1929 + 10 vieux de trois millions d'années, la contribution de toute région polaire chauffée est inférieure à sept pour cent du flux total de rayons X détecté», explique Becker.
Il semble que la vision conventionnelle n'est pas la seule façon de voir le problème. Une théorie alternative est que la chaleur emprisonnée dans le pulsar depuis sa naissance sera guidée vers les pôles par le champ magnétique intense à l'intérieur du pulsar. En effet, la chaleur est transportée par les électrons, qui sont chargés électriquement et seront donc dirigés par des champs magnétiques.
Cela signifie que les points chauds polaires des pulsars plus jeunes sont produits principalement à partir de la chaleur à l'intérieur du pulsar, plutôt que par la collision de particules de l'extérieur du pulsar. Ils disparaîtront donc de la vue de la même manière que l'émission sur toute la surface. «Ce point de vue est toujours en discussion, mais il est largement soutenu par les nouvelles observations XMM-Newton», explique Becker.
Près de quarante ans après la découverte des pulsars, il semble que les anciens pulsars aient encore de nouvelles astuces pour enseigner aux astronomes.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESA
