Communiqué de presse

Les télescopes de l'ESO aident à résoudre l'énigme d'un pulsar

30 août 2023

Grâce à une campagne d'observation remarquable à laquelle ont participé 12 télescopes au sol et dans l'espace, dont trois de l'Observatoire Européen Austral (ESO), les astronomes ont découvert l'étrange comportement d'un pulsar, une étoile morte à rotation ultra-rapide. Cet objet mystérieux est connu pour changer presque constamment entre deux modes de luminosité, ce qui restait jusqu'à présent une énigme. Mais les astronomes viennent de découvrir que les éjections soudaines de matière du pulsar sur de très courtes périodes sont à l'origine de ces curieuses variations.

"Nous avons été témoins d'événements cosmiques extraordinaires au cours desquels d'énormes quantités de matière, semblables à des boulets de canon cosmiques, sont lancées dans l'espace en seulement quelques dizaines de secondes à partir d'un petit objet céleste dense tournant à des vitesses incroyablement élevées", explique Maria Cristina Baglio, chercheuse à la New York University Abu Dhabi, affiliée à l'Institut national italien d'astrophysique (INAF), et autrice principale de l'article publié aujourd'hui dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Un pulsar est une étoile morte, magnétique et en rotation rapide, qui émet un faisceau de rayonnement électromagnétique dans l'espace. Au cours de sa rotation, ce faisceau traverse le cosmos (comme le faisceau d'un phare) et est détecté par la communauté astronomique lorsqu'il croise la ligne de visée que nous observons depuis la Terre. La luminosité de l'étoile, vue de notre planète, semble alors pulsée.

PSR J1023+0038, ou J1023 en abrégé, est un pulsar d'un type particulier au comportement étrange. Situé à environ 4500 années-lumière dans la constellation du Sextant, il est en orbite autour d'une autre étoile. Au cours de la dernière décennie, le pulsar a activement aspiré de la matière de son compagnon. Cette matière qui s'est accumulée dans un disque l'entourant tombe lentement sur lui.

Depuis le début de ce processus d'accrétion de matière, le faisceau lumineux a pratiquement disparu et le pulsar a commencé à sans cesse passer de d'un mode à l'autre. En mode " élevé ", le pulsar émet des rayons X, des ultraviolets et de la lumière visible, tandis qu'en mode " bas ", il est plus faible à ces fréquences et émet davantage d'ondes radio. Le pulsar peut rester dans chaque mode pendant plusieurs secondes ou minutes, puis passer à l'autre mode en quelques secondes seulement. Cette alternance a jusqu'à présent laissé les astronomes perplexes.

"Notre campagne d'observation sans précédent visant à comprendre le comportement de ce pulsar a impliqué une douzaine de télescopes de pointe au sol et dans l'espace", explique Francesco Coti Zelati, chercheur à l'Institut des sciences de l'espace de Barcelone, en Espagne, et co-auteur principal de l'article. La campagne comprenait le Very Large Telescope (VLT) et le New Technology Telescope (NTT) de l'ESO, qui ont permis de détecter la lumière visible et proche infrarouge, ainsi que l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), dont l'ESO est partenaire. Au cours de deux nuits de juin 2021, ils ont observé le système effectuer plus de 280 basculements entre ses modes haut et bas.

"Nous avons découvert que la permutation de mode résulte d'une interaction complexe entre le vent du pulsar, un flux de particules de haute énergie qui s'éloigne du pulsar, et la matière qui s'écoule vers le pulsar", explique Coti Zelati, qui est également affilié à l'INAF.

Dans le mode bas, la matière qui s'écoule vers le pulsar est expulsée dans un jet étroit perpendiculaire au disque. Progressivement, cette matière s'accumule de plus en plus près du pulsar et, à ce moment-là, elle est frappée par le vent soufflant de l'étoile pulsante, ce qui provoque un échauffement de la matière. Le système se trouve alors dans un mode élevé, rayonnant fortement dans les rayons X, les ultraviolets et la lumière visible. Le pulsar finit par évacuer ces masses de matière chaude par l'intermédiaire du jet. Avec moins de matière chaude dans le disque, le système brille moins fort et repasse en mode bas.

Bien que cette découverte ait permis de percer le mystère du comportement étrange de J1023, les astronomes ont encore beaucoup à apprendre de l'étude de ce système unique et les télescopes de l'ESO continueront à aider les astronomes à observer ce pulsar particulier. En particulier, l'ELT (Extremely Large Telescope) de l'ESO, actuellement en construction au Chili, offrira une vue sans précédent des mécanismes de changement de J1023. "L'ELT nous permettra de comprendre comment l'abondance, la distribution, la dynamique et l'énergie de la matière entrant autour du pulsar sont affectées par le comportement de changement de mode", conclut Sergio Campana, directeur de recherche à l'observatoire INAF de Brera et co-auteur de l'étude.

Bien que cette découverte ait permis de percer le mystère du comportement étrange de J1023, les astronomes ont encore beaucoup à apprendre de l'étude de ce système unique et les télescopes de l'ESO continueront à aider les astronomes à observer ce pulsar particulier. En particulier, l'ELT (Extremely Large Telescope) de l'ESO, actuellement en construction au Chili, offrira une vue sans précédent des mécanismes de changement de J1023. "L'ELT nous permettra de comprendre comment l'abondance, la distribution, la dynamique et l'énergie de la matière entrant autour du pulsar sont affectées par le comportement de changement de mode", conclut Sergio Campana, directeur de recherche à l'observatoire INAF de Brera et co-auteur de l'étude.

Plus d'informations

Cette recherche a été présentée dans un article à paraître dans Astronomy & Astrophysics (doi:10.1051/0004-6361/202346418)

L'équipe est composée de M. C. Baglio (Center for Astro, Particle, and Planetary Physics, New York University Abu Dhabi, UAE [NYU Abu Dhabi]; INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italy [INAF Brera]), F. Coti Zelati (Institute of Space Sciences, Campus UAB, Barcelona, Spain [ICE–CSIC]; Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Spain [IEEC]; INAF Brera), S. Campana (INAF Brera), G. Busquet (Departament de Física Quànticai Astrofísica, Universitat de Barcelona, Spain; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Spain; IEEC), P. D’Avanzo (INAF Brera), S. Giarratana (INAF – Istituto di Radioastronomia, Bologna, Italy [INAF Bologna]; Department of Physics and Astronomy, University of Bologna, Italy [Bologna]), M. Giroletti (INAF Bologna; Bologna), F. Ambrosino (INAF – Osservatorio Astronomico di Roma, Rome, Italy [INAF Roma]); INAF – Istituto Astrofisica Planetologia Spaziali, Rome, Italy; Sapienza Università di Roma, Rome, Italy), S.Crespi (NYU Abu Dhabi), A. Miraval Zanon (Agenzia Spaziale Italiana, Rome, Italy; INAF Roma), X. Hou (Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences, Kunming, China; Key Laboratory for the Structure and Evolution of Celestial Objects, Chinese Academy of Sciences, Kunming, China), D. Li (National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China; University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China; Research Center for Intelligent Computing Platforms, Zhejiang Laboratory, Hangzhou, China), J. Li (CAS Key Laboratory for Research in Galaxies and Cosmology, Department of Astronomy, University of Science and Technology of China, Hefei, China; School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China, Hefei, China), P. Wang (Institute for Frontiers in Astronomy and Astrophysics, Beijing Normal University, Beijing, China), D. M. Russell (NYU Abu Dhabi), D. F. Torres (INAF Brera; IEEC; Institució Catalana de Recercai Estudis Avançats, Barcelona, Spain), K. Alabarta (NYU Abu Dhabi), P. Casella (INAF Roma), S. Covino (INAF Brera), D. M. Bramich (NYU Abu Dhabi; Division of Engineering, New York University Abu Dhabi, UAE), D. de Martino (INAF − Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Italy), M. Méndez (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, The Netherlands), S. E. Motta (INAF Brera), A. Papitto (INAF Roma), P. Saikia (NYU Abu Dhabi), et F. Vincentelli (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spain; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spain).

L'Observatoire Européen Austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de découvrir les secrets de l'Univers pour le bénéfice de tous. Nous concevons, construisons et exploitons des observatoires au sol de classe mondiale - que les astronomes utilisent pour s'attaquer à des questions passionnantes et transmettre la fascination de l'astronomie - et nous encourageons la collaboration internationale en astronomie. Créé en 1962 en tant qu'organisation intergouvernementale, l'ESO est aujourd'hui soutenu par 16 États membres (Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, France, Finlande, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse), ainsi que par l'État hôte du Chili et l'Australie en tant que partenaire stratégique. Le siège de l'ESO ainsi que son centre d'accueil et son planétarium, l'ESO Supernova, sont situés près de Munich en Allemagne, tandis que le désert chilien d'Atacama, un endroit magnifique offrant des conditions uniques pour observer le ciel, accueille nos télescopes. L'ESO exploite trois sites d'observation : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le Very Large Telescope et son Very Large Telescope Interferometer, ainsi que des télescopes de sondage tel que VISTA. Toujours à Paranal, l'ESO accueillera et exploitera le Cherenkov Telescope Array South, l'observatoire de rayons gamma le plus grand et le plus sensible au monde. Avec ses partenaires internationaux, l'ESO exploite APEX et ALMA à Chajnantor, deux installations qui observent le ciel dans le domaine millimétrique et submillimétrique. Au Cerro Armazones, près de Paranal, nous construisons "le plus grand œil au monde tourné vers le ciel" - l'Extremely Large Telescope de l'ESO. Depuis nos bureaux de Santiago du Chili, nous soutenons nos opérations dans le pays et nous nous engageons auprès des partenaires et de la société chiliens.

L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), une installation astronomique internationale, est le fruit d’un partenariat entre l'ESO, l’U.S. National Science Foundation (NSF) et le National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l'Observatoire Européen Austral (ESO) pour le compte de ses Etats membres, la NSF en coopération avec le National Research Council du Canada (NRC), le National Science Council of Tawain (NSC) et le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) à Taiwan et le Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). La construction et la gestion d'ALMA sont supervisées par l'ESO pour le compte de ses Etats membres, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dirigé par Associated Universities, Inc (AUI) en Amérique du Nord, et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l'Asie de l'Est. L’Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l’exploitation d’ALMA.

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso2315.