jeudi 5 septembre 2019

Découverte d'une source X ultra-lumineuse transitoire dans la galaxie du Feu d'Artifice


La galaxie du Feu d'Artifice (alias NGC 6946) a encore frappé ! Cette galaxie célèbre pour sa richesse en supernovas était observée avec le télescope spatial NuSTAR associé à XMM-Newton pour étudier ses sources X ultra-lumineuses, lorsqu'une nouvelle source X inconnue est apparue non loin du centre de la galaxie, puis a disparu aussi vite qu'elle était apparue. Elle pourrait avoir plusieurs origines... Une étude parue dans The Astrophysical Journal.




La première observation sur NGC 6946 par Hannah Earnshaw (Caltech) et ses collaborateurs  montrait 3 sources X ultralumineuses (des ULX), Mais 10 jours plus tard, lors d'une deuxième observation avec les télescopes X, ils virent non plus 3 sources X intenses mais 4. Et encore 10 jours plus tard, cette fois-ci avec la Rolls des télescopes X qu'est Chandra, ils ont observé à nouveau les trois ULX principales, et la nouvelle source avait disparu. 
Cet objet transitoire a alors été classé lui aussi comme une ULX, recevant le nom de ULX-4. Puisque qu'aucune lumière visible n'a pu être détectée en association avec cette source de rayons X, les chercheurs peuvent rejeter que ce soit une supernova. Cette ULX est néanmoins très atypique puisque NuSTAR par exemple observe normalement des changements très lents dans le temps sur les ULX. Mais il se trouve aussi que des observations récurrentes et répétées sur de courtes périodes sur une même galaxie sont assez rare. Il se pourraient donc que ce type de sources soit commun mais qu'on ne les voit tout simplement pas parce qu'on ne les observe pas au bon moment.

Hannah Earnshaw et ses collaborateurs essayent donc de trouver une origine pour une telle source X ultra-lumineuse mais très courte. Ils proposent une première solution impliquant un trou noir stellaire qui aurait absorbé une étoile en la déchiquetant préalablement. Les débris de l'étoile spiralant vers le trou noir seraient portés rapidement à une très grande température, des millions de degrés, émettant alors des rayons X, à l 'image de ce qui se passe à beaucoup plus grande échelle dans les quasars.
Une ULX normale est plus vue comme une accrétion continue de gaz, moins dramatique,  autour d'un trou noir stellaire.
Mais les astrophysiciens ne se contente pas d'une seule hypothèse. Leur seconde hypothèse pour ULX-4 impliquerait non plus un trou noir stellaire, mais une étoile à neutrons. Earnshaw et ses collègues expliquent que les étoiles à neutrons, via leurs champs magnétiques extrêmes, peuvent théoriquement produire des "colonnes" qui canalisent la matière en cours d'accrétion jusqu'au niveau de leur surface, ce qui doit produire alors une bouffée de rayons X. Mais en temps normal, la matière ne peut pas atteindre la surface car l'étoile à neutrons tourne très vite sur elle-même, et les champs magnétiques créent en fait une véritable barrière de confinement. Mais cette barrière pourrait tout de même "vaciller" brièvement, ce qui pourrait permettre à la matière d'atteindre la surface de l'étoile à neutrons de façon temporaire... Suffisamment pour produire une belle bouffée de rayons X, et une belle source X ultra-lumineuse transitoire. Cependant, les astrophysiciens américains et européens ne détectent aucune pulsation dans le signal de ULX-4.
La meilleure façon de départager les deux hypothèses des chercheurs, ce sera de suivre NGC 6946 le plus longtemps possible pour déceler une éventuelle nouvelle apparition de ULX-4. Si elle se répète, le scénario le plus probable sera le second scénario, celui de l'étoile à neutrons.

Cette nouvelle découverte dans la galaxie du Feu d'Artifice offre en tous cas une nouvelle compréhension de l'un des cas les plus rares où de la matière est accrétée autour d'un trou noir ou d'une étoile à neutrons.


Source

A Broadband Look at the Old and New ULXs of NGC 6946
Hannah P. Earnshaw et al.
The Astrophysical Journal, Volume 881, Number 1


Illustration

Image composite  visible (SDSS) - rayons X (NuSTAR) de NGC 6946. Les ULX "normales" sont représentées en bleu, et ULX-4 est en vert. (NASA/JPL-Caltech)