Cette image, prise par l'observatoire XMM-Newton de l'ESA, montre le cœur du reste de supernova RCW103. Une nouvelle étoile à neutrons tourne normalement assez rapidement, mais son puissant champ magnétique la ralentit. Mais un champ magnétique ne pourrait pas faire cela en 2000 ans, comme l'ont observé les astronomes.
Grâce aux données du satellite XMM-Newton de l'ESA, une équipe de scientifiques examinant de plus près un objet découvert il y a plus de 25 ans a découvert qu'il ne ressemble à aucun autre connu dans notre galaxie.
L'objet est au cœur du reste de supernova RCW103, les restes gazeux d'une étoile qui a explosé il y a environ 2000 ans. Pris à leur valeur nominale, RCW103 et sa source centrale semblent être un exemple classique de ce qui reste après une explosion de supernova: une bulle de matériau éjecté et une étoile à neutrons.
Une observation profonde et continue de 24,5 heures a cependant révélé quelque chose de beaucoup plus complexe et intriguant. L'équipe, de l'Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (IASF) de l'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) à Milan, Italie, a constaté que les émissions de la source centrale varient avec un cycle qui se répète toutes les 6,7 heures. Il s'agit d'une période étonnamment longue, des dizaines de milliers de fois plus longue que prévu pour une jeune étoile à neutrons. De plus, les propriétés spectrales et temporelles de l’objet diffèrent d’une observation antérieure de XMM-Newton sur cette même source en 2001.
«Le comportement que nous voyons est particulièrement déroutant compte tenu de son jeune âge, moins de 2 000 ans», a déclaré Andrea De Luca de l'IASF-INAF, l'auteur principal. «Cela rappelle une source vieille de plusieurs millions d'années. Pendant des années, nous avons eu le sentiment que l'objet est différent, mais nous n'avons jamais su à quel point il était différent jusqu'à présent. »
L'objet est appelé 1E161348-5055, que les scientifiques ont surnommé commodément 1E (où E signifie Einstein Observatory qui a découvert la source). Il est intégré presque parfaitement au centre de RCW 103, à environ 10 000 années-lumière de là dans la constellation Norma. L'alignement presque parfait de 1E au centre de RCW 103 laisse les astronomes plutôt confiants que les deux sont nés dans le même événement catastrophique.
Lorsqu'une étoile au moins huit fois plus massive que notre soleil manque de carburant pour brûler, elle explose lors d'un événement appelé supernova. Le noyau stellaire implose, formant une pépite dense appelée étoile à neutrons ou, s'il y a suffisamment de masse, un trou noir. Une étoile à neutrons contient environ une masse de soleil entassée dans une sphère de seulement 20 kilomètres de diamètre.
Les scientifiques ont recherché pendant des années la périodicité de 1E afin d'en savoir plus sur ses propriétés, telles que sa vitesse de rotation ou s'il a un compagnon.
«Notre détection claire d'une période aussi longue, associée à une variabilité séculaire des émissions de rayons X, constitue une source très étrange», a déclaré Patrizia Caraveo de l'INAF, co-auteur et chef du groupe Milano. "De telles propriétés dans un objet compact vieux de 2000 ans nous laissent avec deux scénarios probables, essentiellement une source qui est alimentée par accrétion ou par champ magnétique."
1E pourrait être un magnétar isolé, une sous-classe exotique d'étoiles à neutrons hautement magnétisées. Ici, les lignes de champ magnétique agissent comme des freins pour l'étoile en rotation, libérant de l'énergie. Une dizaine de magnétars sont connus. Mais les magnétars tournent généralement plusieurs fois par minute. Si 1E ne tourne qu'une fois toutes les 6,67 heures, comme l'indique la détection de période, le champ magnétique nécessaire pour ralentir l'étoile à neutrons en seulement 2000 ans serait trop grand pour être plausible.
Un champ magnétique magnétar standard pourrait faire l'affaire, cependant, si un disque de débris, formé par les restes de matière de l'étoile éclatée, contribue également à ralentir le spin de l'étoile à neutrons. Ce scénario n'a jamais été observé auparavant et indiquerait un nouveau type d'évolution des étoiles à neutrons.
Alternativement, la longue période de 6,67 heures pourrait être la période orbitale d'un système binaire. Une telle image nécessite qu'une étoile normale de faible masse parvienne à rester liée à l'objet compact généré par l'explosion de supernova il y a 2000 ans. Les observations permettent un compagnon de la moitié de la masse de notre Soleil, ou même plus petit.
Mais 1E serait un exemple sans précédent d'un système binaire à rayons X de faible masse à ses débuts, un million de fois plus jeune que les systèmes binaires à rayons X standard avec des compagnons légers. Le jeune âge n'est pas la seule particularité de 1E. Le schéma cyclique de la source est beaucoup plus prononcé que celui observé pour des dizaines de systèmes binaires à rayons X de faible masse nécessitant un processus inhabituel d'alimentation d'étoiles à neutrons.
Un processus de double accrétion pourrait expliquer son comportement: l'objet compact capture une fraction du vent de l'étoile naine (accrétion du vent), mais il est également capable d'extraire du gaz des couches externes de son compagnon, qui se dépose dans un disque d'accrétion (disque accumulation). Un tel mécanisme inhabituel pourrait être à l'œuvre dans une phase précoce de la vie d'un binaire à rayons X de faible masse, dominé par les effets de l'excentricité orbitale initiale attendue.
"RCW 103 est une énigme", a déclaré Giovanni Bignami, directeur du CESR, Toulouse, et co-auteur. «Nous n'avons tout simplement pas de réponse concluante à ce qui cause les longs cycles de rayons X. Lorsque nous découvrirons cela, nous en apprendrons beaucoup plus sur les supernovae, les étoiles à neutrons et leur évolution. "
Si l'étoile avait explosé dans le ciel du nord, Cléopâtre aurait pu la voir et la considérer comme un présage de sa fin malheureuse, a déclaré Caraveo. Au lieu de cela, l'explosion a eu lieu profondément dans le ciel du sud, et personne ne l'a enregistrée. Néanmoins, la source est de bon augure pour les astronomes des rayons X qui souhaitent en savoir plus sur l'évolution stellaire.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESA
