jeudi 24 mai 2018

Les ondes radio d'un pulsar amplifiées 80 fois par du plasma


Une équipe d'astrophysciens vient de démontrer dans une étude parue cette semaine dans Nature que du plasma entourant un pulsar peut amplifier jusqu'à 80 fois son signal d'ondes radio. Le phénomène pourrait être l'origine des événements FRB (Fast Radio Bursts) encore énigmatiques. 

C'est le pulsar nommé PSR B1957+20 que Robert Main (Université de Toronto) et ses collaborateurs ont étudié. Il s'agit d'un pulsar accompagné d'une étoile dans un système binaire très resserré, avec une période orbitale de 9,2 h. L'étoile à neutrons est si proche de sa compagne que son vent de particules arrache de la matière à l'étoile compagne produisant ainsi un nuage de gaz ionisé, du plasma. C'est sans doute la raison pour laquelle ce pulsar est parfois appelé le pulsar de la Veuve Noire, en référence à l'araignée cannibale du même nom.
Et ce que montrent Robert Main et ses collaborateurs, c'est que le signal radio émanant de la magnétosphère de l'étoile à neutrons, en traversant le nuage de plasma, est extrêmement amplifié. Le plasma joue le rôle d'une véritable lentille électromagnétique. Il se trouve que, de notre point de vue, dans sa course dans le système binaire, le pulsar se retrouve éclipsé une fois par orbite par le nuage de plasma. Et en observant ce signal radio avec le radiotélescope de 305 m d'Arecibo (Puerto Rico), les astrophysiciens ont pu regarder en détail l'évolution temporelle du signal radio sur une échelle de seulement quelques microsecondes. Ils observent une augmentation importante du signal toujours aux mêmes endroits de l'orbite : au niveau des bords du nuage de plasma, juste avant et juste après que le pulsar soit complètement éclipsé. Durant quelques millisecondes à chaque fois, le signal se retrouve amplifié par un facteur de 70 à 80 pour certaines fréquences.
Les chercheurs en concluent que les bords du nuage de plasma agissent comme de véritables lentilles. Dans un volume important de plasma, la direction des ondes radio est en effet modifiée et les ondes qui provenaient de directions différentes peuvent se retrouver toutes pointant vers la même direction, nous en l’occurrence, produisant une forte amplification du signal. Le point brillant produit dans ce processus est appelé une caustique, et ce même phénomène peut être observé avec la lumière visible dans le fond d'une piscine sous le soleil par exemple. 

En observant en détail comment l'effet de lentille change en fonction du temps (et en fonction de la fréquence des ondes radio), Main et ses collaborateurs arrivent à déduire des détails incroyables, de l'ordre de la dizaine de kilomètres, sur la région d'origine des ondes radio du pulsar (sa magnétosphère, qui s'étend seulement à 100 km au dessus de la surface de l'étoile à neutrons). Il faut rappeler que cet astre se trouve à une distance de 1017 km de nous. Cela revient, pour comparer, à voir un cheveu sur la surface de Mars! 
Le phénomène de lentille électromagnétique causée par du plasma n'est pas inédit. Certaines variations de l'intensité des ondes radio émises par des quasars distants ont été attribuées à de possibles amplifications par des structures de plasma dans notre galaxie.  Des variations dans le signal radio pulsé du pulsar du Crabe ont également été expliquées par la présence des filaments de plasma dans l'entourage du pulsar.

Mais l'observation de Robert Main et ses collègues offre aussi une solution très pertinente qui pourrait résoudre l'énigme des Fast Radio Bursts (FRB), ces brusques bouffées d'ondes radio très courtes, qui ont été détectées depuis une dizaine d'années et dont l'origine demeure très incertaine. 
En effet, les structures en fréquence amplifiées par la lentille qui sont mesurées sont très similaires à ce qui a été observé sur la plus célèbre bouffée rapide d'ondes radio :  FRB 121102 dont nous avons abondamment parlé ici. 
Les FRB  pourraient donc n'être que des émissions radio de pulsar amplifiées subrepticement par du plasma dans leur voisinage ou dans leur galaxie hôte. On sait déjà par exemple que FRB121102 a pour origine une région de formation stellaire potentiellement riche en plasma d'une petite galaxie et qu'une autre FRB, FRB110523 montre un signal qui a été visiblement diffusé au sein de sa galaxie hôte avant de nous parvenir, un autre indice. Selon Main et ses collaborateurs, la présence d'effet de lentille par du plasma peut tout à fait expliquer les caractéristiques qui ont été observées dans les FRB : l'amplification variable, les structures étroites en fréquence, les temps d'arrivée regroupés et la forte amplification (qui les rend observables un court instant).

Le résultat de l'équipe de Robert Main ouvre de belles perspectives. De telles lentilles électromagnétiques pourraient servir pour cartographier la magnétosphère des pulsars avec une précision inouïe. Mais cette technique requiert cependant de connaître en détail le nuage de plasma qui fait lentille. Ce n'est qu'un début...


Source 

Pulsar emission amplified and resolved by plasma lensing in an eclipsing binary
Robert Main, I-Sheng Yang, Victor Chan, Dongzi Li, Fang Xi Lin, Nikhil Mahajan, Ue-Li Pen, Keith Vanderlinde & Marten H. van Kerkwijk
Nature  557, pages 522–525 (23 May 2018)


Illustrations

1) Schéma illustrant le phénomène de lentille sur les ondes radio du pulsar par le plasma entourant le système binaire (Nature)

2) Le radiotélescope d'Arecibo (GDA/AP IMAGES)

mercredi 23 mai 2018

Découverte de la première étoile à neutrons esseulée en dehors de notre Galaxie


Des astronomes viennent de découvrir une étoile à neutrons très particulière, située pour la première fois en dehors de notre Galaxie, dans le Petit Nuage de Magellan, à 200 000 années-lumière : elle ne possède pas d'étoile compagne, et a un champ magnétique très faible...

Cette étoile à neutrons se trouve à l'intérieur de ce qui reste de l'explosion d'une supernova, une très jolie coquille de gaz, nommé E 0102. Ce résidu, connu depuis 30 ans, a été observé récemment avec plusieurs instruments, notamment le Very Large Telescope et Hubble dans le visible, et Chandra, en rayons X. 
Cette coquille asymétrique qui entoure l'étoile à neutrons est riche en oxygène, et ce type de résidu est important pour comprendre comment les étoiles massives fusionnent leurs éléments légers juste avant d'exploser. Dans le cas de  E 0102, l’explosion a eu lieu il y a quelques milliers d'années. 

Les observations de Chandra en rayons X montrent que le résidu de la supernova est dominé par une grande structure en forme d'anneau (en bleu et mauve sur l'image), qui est associé à l'onde de choc de la supernova. Quant à l'observation détaillée de l'instrument MUSE monté sur le VLT, elle a permis de voir un anneau de gaz plus petit (en rouge sur l'image) qui s'étend moins vite et au centre duquel se trouve un point lumineux en rayons X : l'étoile à neutrons. Alors que le grand anneaux observé en rayons X s'étend à la vitesse d'environ 1000 km/s, le petit anneau, observé en visible, n'a qu'une vitesse de 90 km/s pour un rayon de 0,63 pc (2 années-lumière).

Le spectre en énergie de cette source ponctuelle de rayons X est très similaire à celui de deux autres étoiles à neutrons bien connues qui se trouvent au centre des résidus de supernova Cassiopeia A et Puppis A, et qui ont le point commun d'être seules, non accompagnées par une autre étoile, mais situées plus près de nous, dans notre Galaxie.
Les rayons X qui sont observés ici par Frédéric Vogt et ses collègues, proviennent de la surface chaude de l'étoile à neutrons. Le fait qu'aucune émission radio, pulsée ou non, n'est détectable indique que le champ magnétique de l'étoile à neutrons est très faible. Seulement 10 étoiles à neutrons ayant ces caractéristiques rares ont été trouvées jusqu'à aujourd'hui, et toutes dans notre Galaxie. C'est donc une petite première qu'a l'honneur de publier aujourd'hui la revue Nature Astronomy avec ce nouveau spécimen trouvé en dehors de la Voie Lactée.

Vous allez demander (et vous aurez raison) : Mais pourquoi l'étoile à neutrons semble-t-elle se trouver très décalée par rapport au centre du grand anneau circulaire produit par l'onde de choc de la supernova alors qu'elle en est le résidu compact ? Pour répondre à cette question, les astrophysiciens proposent deux scénarios, comme souvent : le premier dit que la supernova fut une explosion très asymétrique, ce qui a produit une violente impulsion à l'étoile à neutrons résultante (un "kick"), qui l'aurait emportée là où elle est aujourd'hui. Mais ce scénario possède une faiblesse : comment expliquer alors le petit anneau de gaz qui entoure très exactement l'étoile à neutrons aujourd'hui ?
L'autre scénario envisagé est que l'explosion aurait eu lieu a peu près là où se trouve aujourd'hui l'étoile à neutrons, qui n'aurait une faible vitesse, et le grand anneau de gaz, dans cette hypothèse, une série de circonstances particulières se seraient enchaînées, comme l'expulsion de grandes quantités de gaz de façon asymétrique, produisant des fortes variations de densité du gaz et de la poussière interstellaire, suivie de la création de cavités par les vents de l'étoile mourante quelques milliers d'années avant qu'elle n'explose 

Cette première étoile à neutrons extragalactique recèle donc encore une bonne part de mystère; les spécialistes vont s'empresser de l'observer encore plus en détails pour tenter de comprendre son histoire, et avec elle l'histoire générale de la mort violente des étoiles massives.

Source

Identification of the Central Compact Object in the young supernova remnant 1E0102.2-7219
F.P.A. Vogt, E.S. Bartlett, I.R. Seitenzahl, M.A. Dopita, P. Ghavamian, A.J. Ruiter, J.P. Terry
à paraître dans Nature Astronomy


Illustration

Image composite de E 0102 en rayons X et en visible (rayons X : NASA/CXC/ESO/F.Vogt et al; visible : ESO/VLT/MUSE & NASA/STScI

lundi 21 mai 2018

Une nébuleuse filamenteuse très complexe au centre de l'amas de galaxies de Persée


SITELLE est une caméra unique au monde, un spectrographe imageur monté sur le télescope Canada-France-Hawaï. Des astrophysiciens canadiens viennent de révéler grâce à cet instrument la dynamique très complexe d'une vaste nébuleuse entourant la galaxie NGC 1275, située au coeur de l'amas de Persée à 250 millions d'années-lumière. 




samedi 19 mai 2018

Première mesure de la pression interne dans un proton

Pour la première fois, une mesure de la pression régnant à l’intérieur du proton a été mesurée, et elle est absolument énorme, bien plus élevée que la pression que l’on rencontre au cœur des étoiles à neutrons !...



mercredi 16 mai 2018

Nouveau record de distance pour l'oxygène, trace des premières étoiles


Une grande collaboration d'astronomes japonais, européens et chiliens vient de découvrir de l'oxygène dans une galaxie située seulement 530 millions d'années après le Big Bang, laissant penser que les toutes premières étoiles qui l'ont produit existaient 250 millions d'années après le Big Bang, un nouveau record.




lundi 14 mai 2018

Nouvelle preuve de la présence de panaches d'eau sur Europe


Alors que des signatures apparaissant dans des images de Hubble de 2012, 2014 et 2016 semblent indiquer la présence de panaches d'eau sortant de la surface de Europe (satellite glacé de Jupiter possédant un océan interne), ces données étaient encore sujettes à incertitude, voire controversées, étant à la limite de sensibilité du télescope spatial. Aujourd'hui, une réanalyse de données de la sonde Galiléo qui avait survolé Europe en 1997 à un peu moins de 200 km d'altitude, donnent une preuve supplémentaire et indépendante de l'existence de tels panaches d'eau vaporisée, à l'image de ce que Cassini avait découvert en 2005 sur Encelade.




dimanche 13 mai 2018

Mars : Impact d'une forte éruption solaire sur la perte d'hydrogène atmosphérique


Une seule éruption solaire (en septembre 2017) a eu un tel impact sur Mars qu'elle y a produit un échappement d'hydrogène comparable à ce que la planète rouge perd normalement en une année martienne. Le phénomène a été suivi par la sonde MAVEN et les résultats viennent d'être publiés. 




samedi 12 mai 2018

La forme d'un nuage interstellaire révélée en 3D par sismologie magnétique


Pour la première fois, des astronomes ont réussi à déterminer la forme en 3 dimensions d'un nuage de gaz interstellaire. Cette reconstruction fondée sur une méthode inédite, permet en outre de comprendre pourquoi ce nuage d'hydrogène moléculaire n'a pas produit d'étoiles jusqu'à aujourd'hui.




jeudi 10 mai 2018

Découverte d'un couple d'étoiles avec une période orbitale de 38 minutes


Deux étoiles qui se tournent autour l'une de l'autre en seulement 38 minutes, séparées de seulement 300 000 km, soit moins que la distance Terre-Lune, c'est ce que viennent de trouver des chercheurs exploitant le télescope NICER installé sur la station spatiale internationale. Le couple infernal serait composé d'une étoile à neutrons (un pulsar) et d'une naine blanche.




mercredi 9 mai 2018

Etoiles à neutrons : un refroidissement rapide aux neutrinos


Une équipe d'astrophysiciens vient de montrer que des étoiles à neutrons peuvent se refroidir très vite après une période d'accrétion de matière, par l'émission de neutrinos... 




mardi 8 mai 2018

La poussière lunaire potentiellement mortelle


Les futurs astronautes ont de nouveaux soucis à se faire concernant leur santé. Il s'agit ici de la poussière, comme le régolite lunaire. Selon une étude récente, son inhalation peut être fatale, produisant inflammation des voies respiratoires, destruction des neurones, voire cancer.




jeudi 3 mai 2018

Plus de 12 trous noirs supermassifs par galaxie

12,2 trous noirs de plus de 1 million de masses solaires en moyenne par galaxie de la masse de la Voie Lactée, c'est le nombre que trouve une équipe de chercheurs grâce à des simulations avancées des interactions entre galaxies.




mercredi 2 mai 2018

Forme des galaxies et âge de leurs étoiles intimement liés


Une étude systématique sur plusieurs centaines de galaxies montre l'existence d'un lien très clair entre leur forme et l'âge de leurs étoiles : plus leurs étoiles sont vieilles, plus les galaxies sont informes. On connaissait un tel lien pour les galaxies les plus extrêmes des deux côtés : les disques les plus parfaits aux étoiles très jeunes et les elliptiques diffuses aux étoiles très vieilles, on voit maintenant ce lien qui existe tout au long de la vie des galaxies.




samedi 28 avril 2018

Observation de la compagne survivante d'une supernova (et pas innocente)


En 2001 a pu être observée une supernova d'un type assez rare : une supernova de type IIb (SN2001ig), une supernova dite à enveloppe dépouillée. 17 ans plus tard, des astronomes viennent de mettre en évidence l'étoile compagne qui est à l'origine de ce dépouillement, et qui a survécu à la violente explosion de sa compagne d'infortune.