19/10/2016

Découvertes de bouffées de rayons X ultralumineuses à proximité de 2 galaxies elliptiques


Deux objets d'un nouveau type viennent d'être découverts par une équipe internationale d'astronomes. Ces objets produisent des intenses éruptions en rayons X qui augmentent de près d'un facteur 100 en seulement 1 minute puis retournent à leur niveau initial après une heure. Ces sources X ultralumineuses inconnues ont été observées avec Chandra et XMM-Newton et leur découverte fait l'objet d'une publication dans la revue Nature cette semaine.




Ces sources X encore mal comprises produisent environ 1000 fois plus de rayons X qu'un système binaire typique où une étoile est en orbite d'un objet compact (étoile à neutrons ou trou noir).
Jimmy Irwin (Univesité de l'Alabama), qui a conduit cette étude le dit : "Nous n'avons jamais vu une chose pareille... nous avions déjà vu de nombreux objets sujets à des éruptions mais ceux-ci pourraient être des exemples d'un tout nouveau phénomène."
Ces sources de rayons X éruptives ressemblent un peu à ce que peuvent produire des magnétars (des étoiles à neutrons ayant un champ magnétique démesuré), mais montrent des différences importantes.
D'abord, les magnétars ne prennent que quelques secondes pour que l'intensité de leur bouffée de rayons X décline. Et puis, ces nouvelles sources X éruptives se situent dans un amas globulaire et dans une galaxie naine compacte, peuplés d'étoiles âgées, alors que les magnétars sont des objets généralement "jeunes". Enfin, ces nouveaux objets sont plus lumineux en rayons X même dans leur période calme.
Lorsqu'elles ne sont pas en période d'éruption, ces sources apparaissent comme des systèmes binaires X à peu près "normaux", comme ceux composés d'une étoile et d'un trou noir (ou une étoile à neutrons) qui accapare de la matière à son étoile compagne. Cette observation indique que le phénomène de l'intense éruption ne modifie en rien le couple.
Les deux sources ultralumineuses ont pour point commun d'avoir été trouvées à proximité immédiate de galaxies elliptiques, NGC 4636, située à 47 millions d'années-lumière, et NGC 5128 (que l'on connait aussi sous le nom de Centaurus A, à 14 millions d'années-lumière). Sur la première, une seule éruption X a été observée (par Chandra) alors que sur la seconde, c'est 5 éruptions qui ont pu être mesurées (4 par Chandra et 1 par XMM-Newton).
L'équipe d'astrophysiciens a scruté les archives du télescope Chandra à la recherche de sources X variables dans 70 galaxies proches suite à l'observation en 2005 d'une source X atypique très intense près de la galaxie NGC 4697. Ils ont découvert quelques sources variables mais aucune équivalente à ces deux extrêmes specimens, extrêmement intenses en même temps que très rapides.
Jimmy Irwin précise : "Il n'y a que très peu d'objets dans l'Univers qui sont capables de produire ce type d'événement très énergétique et très rapide comme une supernova ou une bouffée de rayons gamma. Si il s'agit d'une étoile à neutrons, cela signifie qu'elle fait quelque chose que nous ne comprenons pas du tout. Si c'est un trou noir, ces fortes luminosités X sont certes plus possibles mais nous ne comprenons alors pas le processus qui produit une si rapide éruption...".
Jimmy Irwin et son équipe ont bien évidemment cherché des explications à ces observations. Une idée avancée est que les éruptions représenteraient des épisodes au cours desquels de la matière serait arrachée de l'étoile compagne et tomberait rapidement dans le trou noir ou sur l'étoile à neutron, par exemple si la compagne ayant une orbite très excentrique, s'approche périodiquement très près du compagnon compact.
Une autre hypothèse serait que nous ne serions pas en présence d'un objet compact de masse stellaire mais plutôt d'un trou noir dit de masse intermédiaire, typiquement 800 masses solaires pour l'une des deux sources identifiées (celle située dans NGC 4636), et 80 masses solaires dans le cas de l'autre (dans NGC 5128). 

Ce qui paraît sûr, c'est que quelque chose semble détraquer le processus d'accrétion de matière tel qu'on pense le connaître, pour produire les éruptions hors norme observées.

Source : 
Ultraluminous X-ray bursts in two ultracompact companions to nearby elliptical galaxies
Jimmy A. Irwin et al.
Nature vol. 538 (20 october 2016) p. 356 

Illustration :

NGC5128, la source X ultralumineuse est mise en exergue dans l'encadré, avec des mesures successives par Chandra (NASA/CXC/UA/J.Irwin et al.).