jeudi 23 mars 2017

Un unique pulsar domine toute l'émission X de la galaxie d'Andromède


La source de rayons X qui domine toute la galaxie d'Andromède vient d'être identifiée, il s'agirait d'un seul et unique pulsar, nommé  Swift J0042.6+4112. Cette mise en évidence a été effectuée avec le télescope spatial NuSTAR



J0042.6 semble bien être un pulsar dans un système binaire, de ceux dont le pulsar accrète de la matière à son étoile compagne, jusqu'à former un disque de gaz fortement échauffé qui rayonne donc en rayons X. Son spectre en rayons X mesuré par NuSTAR est en tous cas très similaire à celui d'un tel système.
Mihoko Yukita, l'auteur de cette étude, résume : "Nous ne savions pas ce qu'était cette source X avant que nous l'observions avec NuSTAR". Il faut dire que l'existence de cette source X intense était connue depuis longtemps, même si sa nature était encore inconnue. C'est dans les années 1970 qu'elle a été détectée pour la première fois dans les basses énergies de rayons X par le télescope spatial Einstein Observatory a proximité du centre de la galaxie d'Andromède. Depuis, d'autres télescopes spatiaux spécialisés dans la détection des rayons X l'ont également détectée à plus haute énergie, comme Chandra X-ray Observatory et XMM-Newton. Mais c'est grâce aux observations combinées de Swift en 2013 et de NuSTAR plus récemment, notamment grâce à la forme du spectre des rayons X, que les astrophysiciens sont enfin parvenus à comprendre l'origine des ces rayons X de haute énergie.

A ces  énergies jusqu'à une vingtaine de kiloélectronvolts (keV), J0042.6 apparaît être l'objet le plus brillant de toute la galaxie M31. Yukita et ses collaborateurs publient leur étude dans The Astrophysical Journal. Ils montrent que la source de rayons X de basse énergie et la source de rayons X de haute énergie ne font qu'une. Le spectre montre bien deux composante avec une composante à haute énergie qui subit une coupure brutale vers 20 keV, typique des accrétions de pulsar. Malheureusement, les données ne permettent pas d'identifier de pulsation, ce qui apporterait une preuve directe de la nature de la source, mais d'autres observations, avec Hubble notamment, permettent d'exclure la présence d'un objet compact de plus de 3 masses solaires. Or classiquement, les astronomes estiment que des rayons X d'aussi haute énergie ne peuvent qu'être produit par un disque d'accrétion de trou noir massif. Mais ici, la masse impliquée serait trop faible pour être ce genre de trou noir, et c'est donc l'hypothèse pulsar qui a les préférences de Yukita et son équipe.
D'ailleurs ce pulsar montre une luminosité à haute énergie qui est supérieure à celle de tous les trous noirs de la galaxie d'Andromède, y compris le trou noir supermassif de la galaxie, qui ne montre pas d'émission X aussi intense. Cette très grande luminosité de J0042.6 est inattendue. Le fait qu'un seul pulsar peut dominer à lui seul l'émission X à haute énergie d'une galaxie entière montre combien ces systèmes binaires ont une importance dans les galaxies.
Il est d'autant plus intéressant d'observer une telle source dans notre galaxie voisine qu'est la galaxie d'Andromède car elle est très similaire à notre galaxie. Observer Andromède est un moyen indirect (et plus aisé) d'étudier notre propre galaxie. Notre galaxie possède-t-elle elle aussi une source intense de rayons X de haute énergie ? Il semble que non pour le moment, mais on n'est jamais sûr de rien.

Référence

Identification of the Hard X-Ray Source Dominating the E > 25 keV Emission of the Nearby Galaxy M31
M. Yukita et al.
The Astrophysical Journal, Volume 838, Number 1 (22 march 2017)

https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa62a3
Illustration
Andromède imagée en UV, le zoom représente l'image de la source X produite par NUSTAR  (NASA/JPL-Caltech/GSFC/JHU).