jeudi 9 mars 2017

Lumière sur la nature des sources X Ultra-Lumineuses


La récente découverte de trois sources X ultra-lumineuses pulsées (des PULX) pointe vers une nouvelle explication pour ces sources de rayons X qui sont trop puissantes pour être dues à des processus stellaires mais trop faibles pour être liées à des noyaux actifs de galaxie, et il n'y aurait plus de trous noirs dans ce scénario...




Si vous êtes un fidèle lecteur de ces lignes (ou auditeur de ces émissions), vous savez sans doute ce qui se cache derrière l'acronyme ULX : Ultra Luminous X ray source. Ces sources de rayons X très intenses font se gratter la tête à de nombreux astrophysiciens qui possèdent encore des cheveux. Une des hypothèses évoquées pour expliquer les ULX seraient les fameux trous noirs de masse intermédiaire (de masse comprise entre 100 et 100000 masses solaires) que l'on a bien du mal à trouver.

Or trois ULX ont un comportement différent des autres : M82 X–2NGC 7793 P13 et NGC 5907 ULX1. Elles montrent toutes les trois une pulsation de leurs signaux avec une période d'environ 1 s. Les astrophysiciens les ont donc logiquement appelées des PULX (Pulsing Ultra Luminous X ray sources) et leur singularité devrait pouvoir permettre de mieux comprendre ce qui se cache derrière. 
Andrew King et ses collaborateurs l'ont bien compris et se sont donc intéressés de près à ces trois sources. Comme l'existence d'une pulsation fait tout de suite penser à un pulsar, les chercheurs ont évalué analytiquement quelle devait être l'accrétion de matière autour de pulsars fortement magnétisés, et si elle pouvait reproduire l'émission de rayons X observée pour ces trois PULX.

Leur étude, à paraître dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, montre que pour chacune des trois sources X, le rayon autour de l'étoile à neutron où se déroule l'accrétion de matière le long des lignes de champ magnétique, ce que les astrophysiciens appellent le rayon de Alfvén, est quasi égal au rayon où la pression de radiation domine. Cette égalité est surprenante sachant que ces trois sources ont par ailleurs des caractéristiques un peu différentes.
Elles ont donc un point commun, et King et ses collègues montrent qu'il existe un lien direct entre la forme de cette accrétion de matière et la présence d'une pulsation de l'émission X.
Ces PULX sont donc bien expliquées par la présence d'un pulsar fortement magnétisé (un magnétar) ayant des caractéristiques d'accrétion particulières. Cette déduction permet alors aux astrophysiciens de dire que toutes les autres ULX, non pulsées elles, doivent être alimentées elles aussi par des magnétars, mais qui n'ont pas cette rare caractéristique sur leur rayon de Alfvén, et qu'ils ont pu ou pourraient connaître une phase de PULX sur une courte période de leur vie, ce qui expliquerait la rareté des spécimens pulsant observés. Ces magnétars accréteraient du gaz dans un régime dit de super-Eddington, ce qui serait la source de ces énormes émissions de rayons X.

L'hypothèse des trous noirs de masse intermédiaire semble donc s'éloigner pour expliquer les ULX, il va sans doute falloir se rabattre sur les amas globulaires pour les débusquer...


Référence

A. King et al.
Mon. Not. R. Astron. Soc. Lett. (sous presse) 


Illustration

La source ultralumineuse pulsante M82-X2 dans la galaxie M82, imagée par le télescope spatial NuStar (NASA/JPL-Caltech/SAO)