Crédit d'image: NASA
Des scientifiques de l'Institut canadien d'astrophysique théorique (CITA) et de la NASA ont capturé des détails sans précédent du flux tourbillonnant de gaz planant à quelques kilomètres seulement de la surface d'une étoile à neutrons, elle-même une sphère d'environ dix milles de diamètre seulement.
Une explosion massive et rare à la surface de cette étoile à neutrons - déversant plus d'énergie en trois heures que le Soleil en 100 ans - a illuminé la zone et a permis aux scientifiques d'espionner des détails de la région jamais révélés auparavant. Ils pouvaient voir des détails aussi fins que l'anneau de gaz tourbillonnant autour de l'étoile à neutrons alors que cet anneau se déformait de l'explosion et retrouvait lentement sa forme d'origine après environ 1000 secondes.
Tout cela se produisait à 25 000 années-lumière de la Terre, capturé seconde par seconde à la manière d'un film grâce à un processus appelé spectroscopie avec Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA.
Le Dr David Ballantyne du CITA de l'Université de Toronto et le Dr Tod Strohmayer du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, présentent ce résultat dans un prochain numéro d'Astrophysical Journal Letters. L’observation donne un nouvel aperçu de l’écoulement du «disque d’accrétion» d’une étoile à neutrons (et peut-être d’un trou noir), généralement bien trop petit pour être résolu avec les télescopes les plus puissants.
"C'est la première fois que nous pouvons observer les régions internes d'un disque d'accrétion, dans ce cas littéralement à quelques kilomètres de la surface de l'étoile à neutrons, changer sa structure en temps réel", a déclaré Ballantyne. «Les disques d'accrétion sont connus pour circuler autour de nombreux objets dans l'Univers, des étoiles nouvellement formées aux trous noirs géants dans les quasars éloignés. Les détails sur le flux d'un tel disque ne pouvaient être déduits que jusqu'à présent. »
Une étoile à neutrons est le reste dense et central d'une étoile éclatée au moins huit fois plus massive que le Soleil. L’étoile à neutrons contient environ une masse de soleil emballée dans une sphère qui n’est pas plus grande que Toronto. Un disque d'accrétion fait référence au flux de gaz chaud (plasma) tourbillonnant autour des étoiles à neutrons et des trous noirs, attirés par la forte gravité de la région. Ce gaz est souvent fourni par une étoile voisine.
Lorsque la matière s'écrase sur l'étoile à neutrons, elle accumule une couche de 10 à 100 mètres de matière composée principalement d'hélium. La fusion de l'hélium en carbone et autres éléments plus lourds libère une énorme énergie et alimente une forte explosion de lumière X, bien plus énergétique que la lumière visible. (La fusion nucléaire est le même processus qui alimente le Soleil.) De telles explosions peuvent se produire plusieurs fois par jour sur une étoile à neutrons et durer environ 10 secondes.
Ce que Ballantyne et Strohmayer ont observé sur cette étoile à neutrons, nommée 4U 1820-30, était un «superburst». Celles-ci sont beaucoup plus rares que les explosions ordinaires à hélium et libèrent mille fois plus d'énergie. Les scientifiques disent que ces super-explosions sont causées par une accumulation de cendres nucléaires sous forme de carbone provenant de la fusion d'hélium. La pensée actuelle suggère qu'il faut plusieurs années pour que les cendres de carbone s'accumulent à un point tel qu'elles commencent à fondre.
Le sursaut était si brillant et si long qu'il agissait comme un projecteur rayonné depuis la surface de l'étoile à neutrons et sur la région la plus intérieure du disque d'accrétion. La lumière des rayons X des éclats d'atomes de fer illuminés dans le disque d'accrétion, un processus appelé fluorescence. Le Rossi Explorer a capturé la signature caractéristique de la fluorescence du fer, c'est-à-dire son spectre. Ces informations ont à leur tour fourni des informations sur la température, la vitesse et la position du fer autour de l’étoile à neutrons.
"Le Rossi Explorer peut obtenir une bonne mesure du spectre de fluorescence des atomes de fer toutes les quelques secondes", a déclaré Strohmayer. «En additionnant toutes ces informations, nous obtenons une image de la façon dont ce disque d'accrétion est déformé par le souffle thermonucléaire. C'est le meilleur look que nous puissions espérer obtenir, car la résolution nécessaire pour réellement voir cette action comme une image, au lieu de spectres, serait un milliard de fois supérieure à celle qu'offre le télescope spatial Hubble. »
Les scientifiques ont déclaré que les étoiles à neutrons éclatantes servaient de laboratoire pour étudier les disques d'accrétion, qui sont vus (mais avec moins de détails) à travers l'Univers autour de trous noirs stellaires proches et de galaxies de quasars extrêmement éloignées. Les trous noirs stellaires avec des disques d'accrétion ne produisent pas de sursauts de rayons X.
Le Rossi Explorer a été lancé en décembre 1995 pour observer des objets à changement rapide, énergétiques et à rotation rapide, tels que des trous noirs supermassifs, des noyaux galactiques actifs, des étoiles à neutrons et des pulsars millisecondes.
Source d'origine: communiqué de presse de la NASA
