mardi 21 février 2017

Découverte du pulsar X le plus lumineux et le plus lointain


Le pulsar X le plus brillant vient d'être débusqué dans la galaxie NGC 5907 située à 50 millions d'années-lumière. Sa luminosité est plus de 1000 fois plus forte que ce qui paraissait possible pour un pulsar de ce type. Cette découverte a été effectuée par le télescope européen XMM-Newton.




Cette source X classée dans les sources ultra-lumineuses a été observée à plusieurs reprises durant les 13 dernières années, et la découverte d'un signal pulsé avec une période de 1,13 s montre sans doute possible qu'il s'agit d'un pulsar, une étoile à neutrons en rotation. La pulsation en rayons X a également été observée par le télescope américain Nustar.  

Les spécialistes pensaient jusqu'alors que seuls des trous noirs d'une dizaine de masses solaires ou des trous noirs de masse intermédiaire étaient capables de produire une luminosité aussi intense en rayons X en accrétant de la matière d'une étoile compagne. Gian Luca Israel (INAF-Osservatorio Astronomica di Roma) et son équipe ont été surpris de découvrir la pulsation signant sans équivoque la nature différente de cette source.
En parcourant les données archivées sur plusieurs années, les astronomes ont par ailleurs découvert que la période de pulsation du pulsar avait fortement diminué en l'espace de seulement 10 ans, passant de 1,43 s en 2003 à 1,13 s en 2013. La rotation de l'étoile à neutrons s'est accélérée de 21%. Un telle accélération, si on l'appliquait à la Terre, produirait un raccourcissement de la durée du jour de 5 heures...
Les pulsars peuvent changer de vitesse de rotation (et donc de période de pulsation), mais la variation observée ici est hors norme et est probablement liée à la très grande quantité de matière que le pulsar est en train d'accréter et qui produit ce rayonnement X considérable, d'après les chercheurs. Mais sa luminosité est 1000 fois supérieure au maximum "autorisé" par la physique de l'accrétion autour d'une étoile à neutrons (la limite d'Eddington, dont nous avons parlé récemment au sujet d'un trou noir). Pour donner une comparaison, NGC 5907 X-1, c'est son nom, émet autant d'énergie en une seconde que ce que produit notre Soleil en 3,5 ans...
L'équipe européenne à forte majorité italienne évoque les lacunes qui apparaissent dans les modèles d'accrétion de pulsars qui ne permettent pas de décrire cette observation. Il se pourrait néanmoins selon eux qu'un jeu complexe de champs magnétiques très proches de la surface de l'étoile à neutrons fasse que l'accrétion de matière soit possible jusqu'à la surface tout en produisant une luminosité extrême.

Cet objet très inhabituel, de loin le plus extrême découvert avec XMM-Newton en termes de luminosité, de distance et d'accélération de pulsation fournit donc un nouveau record et vient modifier nos idées sur le fonctionnement de ces résidus d'étoiles. De nombreuses sources X ultra-lumineuses pourraient ainsi être animées par des pulsars de ce type.


Référence 

An accreting pulsar with extreme properties drives an ultraluminous x-ray source in NGC 5907
Gian Luca Israel et al.
Science  (20 février 2017)


Illustration

Localisation de NGC 5907 X-1 dans la galaxie spirale  NGC 5907. Cette image est composite, l'émission X est représentée en bleu et blanc. La pulsation du signal est figurée dans l'encadré. (ESA/XMM-Newton; NASA/Chandra et SDSS).