jeudi 22 novembre 2018

Découverte de 3 pulsars émetteurs de rayons X non-thermiques


Des astrophysiciens viennent de découvrir, grâce aux données des télescopes spatiaux XMM-Newton et Chandra, 3 pulsars qui produisent une émission de rayons X pulsée, et qui colle parfaitement avec les prédictions théoriques. Cette émission est également liée à l'émission de rayons gamma.




Les pulsars, qui ont été détectés initialement par leurs ondes radio pulsées sont connus pour produire également d'autres types de rayonnements, comme par exemple du rayonnement thermique qui provient de la matière que les pulsars accrètent autour d'eux et qui s'échauffe fortement, jusqu'à rayonner des rayons X. Mais les pulsars émettent aussi un rayonnement que l'on qualifie de "non-thermique". Ce rayonnement énergétique non thermique est produit majoritairement par deux processus physiques dans les pulsars : l'effet synchrotron, qui est dû à la variation de l'accélération de particules chargées dans un champ magnétique, et le rayonnement de courbure, qui est produit par des particules chargées relativistes qui doivent suivre la courbure des lignes de champ magnétique dipolaire.
Dans ces deux processus, les particules chargées, surtout des électrons, rayonnent des photons dont la longueur d'onde peut varier des ondes radio jusqu'au rayons gamma. Les modèles théoriques nous disent que les rayons X non thermiques qui sont attendus dans les pulsars proviendraient surtout de l'effet synchrotron, tandis que les photons gamma, eux viendraient d'avantage d'un mélange des deux processus. Les pulsars émetteurs gamma sont facilement détectables, notamment par le télescope spatial Fermi-LAT, qui en a débusqué près de 200 dans la dernière décennie. Mais pour trouver des pulsars émetteurs de rayons X non-thermiques, c'est une autre paire de manches car il faut savoir à l'avance où regarder, et seulement une petite vingtaine a été identifiée à ce jour.

Jian Li (Deutsches Elektronen Synchrotron, DESY) et son équipe ont repensé les mécanismes en jeu et ont cherché si des rayons X non-thermiques pouvaient être émis simultanément avec des rayons gamma, ce qui permettrait de chercher spécifiquement des rayons X sur des pulsars émetteurs gamma connus. Leur modèle d'émission non thermique combine effet synchrotron et rayonnement de courbure. Leur modèle décrit l'émission gamma des pulsars détectés par Fermi et reproduit la luminosité attendue dans d'autres longueurs d'ondes, notamment en rayons X.
Les chercheurs européens ont ensuite sélectionné trois pulsars connus pour leur émission gamma et qui devaient, d'après leur nouveau modèle théorique, être très lumineux en rayons X non thermiques. PSR J1747-2958, PSR J2021+3651 et PSR J1826-1256. Pour tenter de mettre en évidence cette émission de rayons X non-thermiques, ils ont alors fouillé les archives de données des deux télescopes spatiaux à rayons X que sont XMM-Newton et Chandra. Vous devinez la suite : non seulement les trois pulsars étaient bien émetteurs de rayons X non thermiques pulsés mais en plus, le spectre en énergie des rayons X détectés collait presque parfaitement au spectre prédit théoriquement!

Jian Li  et ses collaborateurs, avec leur étude qui est publiée dans The Astrophysical Journal Letters, ont donc réussi un coup de maître : ils ont trouvé un modèle d'émission non thermique prédictif qui colle très bien aux observations et ont surtout trouvé un moyen très efficace pour détecter ce rayonnement X grâce au rayonnement gamma qui peut être observé en parallèle. Et le nombre connu de pulsars émetteurs de rayons X non thermiques vient de fait de s'accroître fortement avec 3 nouveaux spécimens d'un coup.
Ce beau résultat va en outre permettre de mieux comprendre la relation qui existe entre les différentes parties du spectre énergétique des pulsars, y compris jusqu'au domaine visible et ultra-violet. Plus profondément, ce sont les interactions entre les particules chargées et les champs magnétiques des pulsars qui seront un peu mieux comprises, au fur et à mesures des prochaines détections qui ne manqueront pas de se multiplier. 


Source

Theoretically motivated search and detection of non-thermal pulsations from PSRs J1747-2958, J2021+3651, and J1826-1256
Jian Li et al.
The Astrophysical Journal Letters, Volume 868, Number 2


Illustrations

1) Image de l'un des trois pulsars de cette étude (PSR J1826-1256) par XMM-Newton. (ESA/XMM-Newton/J. Li, DESY)

1) Comparaison des observations sur les trois pulsars (points noirs) avec le spectre prédit par le modèle théorique en rouge (deux variantes du modèle sont montrées en haut et en bas) (J. Li et al.)