Un satellite repère un mystère disparu en un éclair

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Des nuances de bleu et de vert vif dans cette image de la galaxie NGC 6946 montrent l’emplacement de sources extrêmement lumineuses de rayons X capturées par l’observatoire spatial NuSTAR de la NASA. Générées par certains des processus les plus énergétiques de l’Univers, ces sources de rayons X sont rares par rapport aux nombreuses sources de lumière visible.

Des sources X ultralumineuses

Une nouvelle étude, publiée dans Astrophysical Journal, offre quelques explications possibles sur l’apparition surprise de la source verte près du centre de cette galaxie, qui a été vue et a disparu en quelques semaines.

L’objectif principal des observations NuSTAR était d’étudier les supernovas – l’explosion d’une étoile beaucoup plus massive que notre Soleil – qui apparaît sous la forme d’une tache bleu-vert vive en haut à droite. Ces événements violents peuvent brièvement produire suffisamment de lumière visible pour éclipser des galaxies entières composées de milliards d’étoiles. Ils génèrent également de nombreux éléments chimiques qui sont plus lourds que le fer.

La tache verte près du bas de la galaxie n’était pas visible lors de la première observation de NuSTAR mais brillait au début d’une deuxième observation 10 jours plus tard. L’observatoire à rayons X Chandra de la NASA a par la suite observé que la source – connue sous le nom de source X ultralumineuse ou ULX – avait disparu tout aussi rapidement. L’objet a depuis été nommé ULX-4 parce que c’est le quatrième X ultralumineuse identifié dans cette galaxie. Aucune source de lumière visible n’a été détectée avec cette source de rayons X, ce qui exclut très probablement la possibilité que ce soit également une supernova.

« Dix jours, c’est vraiment très court pour qu’un objet aussi brillant apparaisse », a déclaré Hannah Earnshaw, chercheuse postdoctorale à Caltech à Pasadena, en Californie, et auteur principal de cette nouvelle étude. « Généralement, avec NuSTAR, nous observons des changements plus graduels au fil du temps, et nous n’observons pas souvent une source plusieurs fois de suite. Dans ce cas, nous avons eu la chance de pouvoir capturer une source qui changea extrêmement rapidement, ce qui est très intéressant. »

Possiblement un trou noir

Cette nouvelle étude explore la possibilité que cette lumière provienne d’un trou noir consommant un autre objet, tel qu’une étoile. Si un objet s’approche trop d’un trou noir, la gravité peut le séparer, amenant les débris dans une orbite proche du trou noir. Le matériau situé au bord intérieur de ce disque nouvellement formé commence à se déplacer si rapidement qu’il chauffe jusqu’à des millions de degrés et émet des rayons X. (en comparaison, la surface du Soleil est d’environ 5 500 degrés Celsius.)

La plupart de ces sources ultralumineuses ont généralement une longue durée de vie car ils sont créés par un objet dense, comme un trou noir, qui « se nourrit » de l’étoile pendant une période prolongée. Les sources de rayons X de courte durée ou « transitoires » telles que ULX-4 sont beaucoup plus rares, aussi un événement dramatique unique, tel qu’un trou noir détruisant rapidement une petite étoile, pourrait expliquer cette observation.

Cependant, ULX-4 n’est peut-être pas un événement isolé et les auteurs du document ont exploré d’autres explications possibles pour cet objet. Une des possibilités: la source d’ULX-4 pourrait être une étoile à neutrons. Les étoiles à neutrons sont des objets extrêmement denses formés par l’explosion d’une étoile qui n’était pas assez massive pour former un trou noir.

Une étoile à neutrons

Avec à peu près la même masse que notre Soleil mais regroupées dans un objet de la taille d’une grande ville, les étoiles à neutrons peuvent, comme les trous noirs, attirer de la matière et créer un disque de débris en mouvement rapide. Ceux-ci peuvent également générer des sources de rayons X ultralumineuses à alimentation lente, bien que la lumière des rayons X soit produite par des processus légèrement différents de ceux des d’ULX qui sont créés par des trous noirs.

Les étoiles à neutrons génèrent des champs magnétiques si puissants qu’ils peuvent créer des « colonnes » qui canalisent le matériau jusqu’à la surface, générant ainsi de puissants rayons X. Mais si l’étoile à neutrons tourne particulièrement vite, ces champs magnétiques peuvent créer une barrière, empêchant ainsi les matériaux d’atteindre la surface de l’étoile.

« Ce serait un peu comme essayer de sauter sur un carrousel qui tourne à des milliers de kilomètres à l’heure », a déclaré Earnshaw. L’effet de barrière empêcherait l’étoile d’être une source lumineuse de rayons X, sauf dans les cas où la barrière magnétique pourrait vaciller brièvement, permettant au matériau de glisser et de tomber sur la surface de l’étoile à neutrons. Cela pourrait être une autre explication possible de l’apparition soudaine et de la disparition d’ULX-4. Si la même source devait se rallumer, elle pourrait appuyer cette hypothèse.

Un pas en avant dans la compréhension des cas les plus rares et les plus extrêmes 

« Ce résultat est un pas en avant dans la compréhension des cas les plus rares et les plus extrêmes dans lesquels la matière s’accumule dans les trous noirs ou les étoiles à neutrons », a déclaré Earnshaw.

Source : Jet Propulsion Laboratory
Crédit photo : Pixabay (montage)

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