jeudi 12 décembre 2019

Un pulsar extrême qui pulse des rayons gamma


PSR J0952-0607 est le second pulsar le plus rapide que l'on connaisse : il fait 707 tours sur lui-même en une seule seconde. Il a été détecté initialement par son rayonnement radio pulsé à la fréquence qui est celle de sa rotation, mais aujourd'hui, des astrophysiciens européens viennent de découvrir que ce pulsar extrême produit aussi des rayons gamma pulsés. Ils publient leur étude dans The Astrophysical Journal.




PSR J0952-0607 est un pulsar qui vit en couple avec une étoile de très faible masse (moins de 20 fois la masse de Jupiter) sur une orbite de 6,42h. Il est situé à une distance comprise entre 3200 et 5700 années-lumière. Ce pulsar extrême a été détecté en 2017 avec le radio-télescope Low-Frequency Array (LOFAR) dans une recherche ciblée sur une source de rayons gamma non-identifiée qu'avait détecté le télescope spatial gamma Fermi-LAT.
Comme le pulsar milliseconde (sa période n'est que 1,41 ms !) semblait donc émettre aussi des photons gamma, Lars Nieder (Université Leibniz à Hanovre) et ses collaborateurs ont scruté les données du télescope spatial Fermi-LAT acquises durant près de 8 ans dans cette zone du ciel pour tenter de trouver des pulsations montrant la même fréquence de répétition de 707 Hz. Fermi-LAT, en orbite depuis 2008, n'est pas un télescope à proprement parler, il s'approche plus du détecteur de particules, de photons gamma en l’occurrence. Il permet de détecter des photons gamma provenant de toutes les directions dans le ciel. Le signal gamma en provenance de PSR J0952-0607 est vraiment très faible, ce qui explique qu'il n'avait pas été observé auparavant. Le flux en énergie vaut 2,6 10-12 erg cm-2.s-1, entre 100 MeV et 100 GeV. Pour le dire autrement, le nombre de photons détectés durant 8 ans n'a été que d'environ 200 alors que pendant le même temps, le pulsar avait effectué 180 milliards de tours sur lui-même : en somme, nous avons détecté environ 1 photon gamma par milliard de tours du pulsar... 

Les chercheurs ont développé ici des nouvelles méthodes de recherche et de mesures temporelles en utilisant une très grosse capacité de calcul, correspondant à un processeur utilisé durant 24 ans non-stop. Et ils sont parvenus à observer une pulsation du flux gamma provenant du pulsar sur une plage s'étendant entre juillet 2011 et janvier 2017. Ils ont ainsi pu non seulement montrer que PSR J0952-0607 produisait des rayons gamma pulsés avec la même période que ces ondes radio (1,41 ms), mais aussi mesuré avec précision le taux de ralentissement du pulsar : 4,6 x 10-21 secondes par seconde! 
Cela signifie que pour qu'il voit sa période de rotation doubler, pour passer de 1,4 à 2,8 ms, il faudra attendre 9,64 milliards d'années à ce rythme ...

Nieder et ses collaborateurs ont aussi pu mesurer indirectement d'autres propriétés comme son champ magnétique, qui se trouve être parmi les 10 plus faibles champs magnétiques observés sur des pulsars : 8,2 107 Gauss (8200 Teslas). La faiblesse du champ magnétique est directement liée à la vitesse de rotation très élevée. PSR J0952-0607 est désormais le pulsar le plus rapide pour lequel on connaît avec une bonne précision son taux de ralentissement. 
Mais Nieder et ses collaborateurs relèvent un mystère avec PSR J0952-0607 : avant juillet 2011, ils ne trouvent aucune trace de pulsation gamma. Pourquoi ? Ils restent un peu perplexes et infèrent que le flux aurait peut-être changé brutalement, lié ou non à son orbite autour de sa compagne. Ce qui est sûr en revanche, c'est que PSR J0952-0607 est un nouvel exemple de ce que les astrophysiciens appellent un pulsar "veuve  noire" tournant extrêmement vite sur lui-même et "caché" dans une source gamma restée longtemps non identifiée. Cela va certainement donner des idées aux astrophysiciens qui sont à la recherche de records de vitesse de rotation et de records de faiblesse de champs magnétiques...


Source

Detection and Timing of Gamma-Ray Pulsations from the 707 Hz Pulsar J0952−0607
L. Nieder et al.
The Astrophysical Journal 883 42 (18 september 2019) 


Illustration

Vue d'artiste d'un pulsar émetteur gamma (NASA)