Une belle découverte est annoncée cette semaine dans la revue Nature : la localisation dans le temps des premières étoiles de l'Univers : 180 millions d'années après le Big Bang, grâce à la détection de l'excitation du gaz interstellaire qu'elles ont produit par leur rayonnement UV. Et cette découverte apporte également une information non prévue concernant la matière noire...
La célèbre galaxie du tourbillon, M51, possède plusieurs sources de rayons X ultralumineuses, des ULX (ultraluminous X-ray sources). L'origine astrophysique de ces sources se partage aujourd'hui entre deux options : des trous noirs de masse intermédiaire ou bien des étoiles à neutrons un peu extrêmes. Depuis 2014, trois ULX de ce type ont été identifiées formellement comme étant des étoiles à neutrons ayant un champ magnétique démesuré. Aujourd'hui, la source ULX 8 de M51 se montre elle aussi être produite par une étoile à neutrons...
Les premières sources de rayons X ultralumineuses ont été découvertes il y a plus de trente ans, mais leur nature restait quelque peu mystérieuse. Ce n'est qu'un peu plus tard qu'ont été proposées plusieurs solutions pouvant expliquer ces émissions de rayons X dont l'énergie peut dépasser celle de plusieurs millions d'étoiles comme le soleil. Il pouvait s'agir de trous noirs de masse dite intermédiaire, entre trous noirs stellaires et trous noir supermassifs, c'est à dire entre 100 et 100000 masses solaires, ou bien d'objets de plus faible masses mais avec un taux d'accrétion de matière démesurée, des simples étoiles à neutrons ayant un environnement particulier. A partir de 2014, le télescope spatial NuStar a pu observer des signes de pulsation périodique dans le rayonnement X provenant de trois ULX, ce qui signait une origine de type pulsar, donc étoile à neutrons.
Murray Brightman (Caltech) et ses collaborateurs ont utilisé quant à eux les données des télescopes spatiaux Chandra et XMM-Newton pour observer la belle galaxie M51 en rayons X. Chandra a été pointé à 13 reprises vers la galaxie du Tourbillon entre 2000 et 2017 et XMM-Newton, 9 fois entre 2003 et 2011, mais les astronomes ont exploité seulement 5 observations de Chandra et 4 de XMM-Newton.
Ce qui a mis les chercheurs sur la piste d'une étoile à neutrons et non d'un trou noir de masse intermédiaire, c'est la présence dans le spectre X mesuré d'une raie d'absorption spécifique. Il faut rappeler que les rayons X qui sont émis dans ce type de sources proviennent de l'échauffement gigantesque qui se produit dans le disque d'accrétion qui se forme autour de l'objet compact. Et il existe théoriquement une limite qui ne peut pas être dépassée, appelée la limite d'Eddington. En effet, il doit arriver un moment ou le rayonnement est si intense qu'il produit une pression de radiation sur la matière qui ne peut alors plus s'accumuler dans le disque d'accrétion. Cet effet de rétroaction empêche donc théoriquement à la fois un taux d'accrétion trop élevé et une émission X trop intense.
Le problème, c'est que les ULX semblent dépasser allègrement cette limite d'Eddington, et on ne sait pas pourquoi.
La raie d'absorption à 4,5 keV dans le spectre X de M51-ULX8 a été analysée en cherchant de multiples causes, mais, à cours d'autres solutions, Murray Brightman et ses collègues en arrivent à la conclusion que cette raie provient d'un phénomène physique qu'on appelle la diffusion de résonance cyclotron. Ce phénomène apparaît lorsque des particules chargées (électrons ou protons) ont des trajectoires qui s'enroulent autour de lignes de champ magnétique. Or, les trous noirs ne possèdent pas de champ magnétique, alors que les étoiles à neutrons en possède un qui peut être gigantesque.
La mesure de cette raie cyclotron offre la possibilité de mesurer la valeur absolue du champ magnétique, mais la fréquence cyclotron dépend aussi de la charge électrique des particules et de leur masse. Si il s'agit de protons, les chercheurs calculent que le champ magnétique de l'étoile à neutrons doit être de l'ordre de 1015 Gauss, et si il s'agit d'électrons, de l'ordre de 1011 Gauss.
Or il se trouve que pour briser la limite d'Eddington, un champ magnétique de 1014 Gauss pourrait bien aider en réduisant l'effet de la pression de radiation sur le plasma du disque d'accrétion... Si la raie cyclotron est produite par des électrons en revanche, cela signerait un champ magnétique relativement modeste et ne pourrait pas expliquer le dépassement de la limite d'Eddington. Les astrophysiciens ne peuvent pas trancher entre protons et électrons...
Il reste ainsi une part de mystère dans les ULX même si on commence à mieux les comprendre, notamment grâce à ces nouvelles observations. L'équipe de Brightman a déjà planifié de nouvelles acquisitions de données sur les autres ULX de M51 ainsi que d'autres galaxies, à la recherche des raies de diffusion de résonance cyclotron.
Source
Magnetic field strength of a neutron-star-powered ultraluminous X-ray source
M. Brightman, F. A. Harrison, F. Fürst, M. J. Middleton, D. J. Walton, D. Stern, A. C. Fabian, M. Heida, D. Barret & M. Bachetti
S0-2 n'est pas n'importe quelle étoile, c'est une des étoiles de notre galaxie qui s'approche au plus près de Sgr A*, le trou noir supermassif situé au centre de notre galaxie. Le suivi de son mouvement autour du point invisible sur une vingtaine d'années, montrant une belle ellipse, a permis avec d'autres étoiles du centre galactique, de déterminer précisément la localisation et la masse de Sgr A*. Et S0-2 va pouvoir être utilisée dans les mois qui viennent pour tester la Relativité Générale dans le champ gravitationnel du trou noir.
Victor Buso est un astronome amateur heureux. Le 20 septembre 2016, en testant un nouvel imageur sur son télescope de 400 mm, il photographie la galaxie NGC 613 et voit apparaître en direct une supernova. L'enregistrement de la luminosité des premiers instants de l'explosion se révèle d'une importance cruciale pour les astronomes professionnels très vite avertis. Aujourd'hui, Victor Buso est co-auteur de l'article décrivant les avancées obtenues par cette observation fortuite, publié dans Nature.
RGG 118 (aussi appelée SDSS 1523+1145) est une galaxie naine proche possédant environ 2 milliards de masses solaires en étoiles. Elle possède également un trou noir supermassif parmi les plus petits que nous connaissons, avec une masse de seulement 50000 masses solaires. Mais ce trou noir est actif, il absorbe du gaz, ce qui produit un rayonnement important. La structure de cette galaxie peu visible vient d'être observée avec le télescope spatial Hubble.
Comme nous allons beaucoup parler de trous noirs supermassifs cette année, autant commencer au plus tôt... Pour faire suite à notre précédent billet déjà dédié à ces objets extrêmes, voici donc une toute nouvelle observation, effectuée avec ALMA cette fois-ci, et qui offre pour la première fois une vision du tore de gaz qui tourne autour du trou noir actif de la grosse galaxie M77 (NGC 1068). La rotation d'un tel tore est mesurée pour la première fois.
Deux études indépendantes, publiées dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, arrivent à une conclusion similaire : les trous noirs supermassifs qui se trouvent dans des galaxies très massives grossissent plus vite que leur galaxie ne forme d'étoiles, et ils grossissent aussi plus vite que les trous noirs supermassifs de galaxies plus petites.
Des astronomes viennent de mesurer la masse de la galaxie d'Andromède par une méthode subtile et ils trouvent que M31 n'est pas plus massive que notre Galaxie. Avec 800 milliards de masses solaires, elle fait au contraire jeu égal...
On en sait aujourd'hui un peu plus sur l'astéroïde interstellaire 1I/'Oumuamua qui nous a rendu visite à l'automne dernier. Des astronomes ont découvert qu'il tourne sur lui-même d'une manière très différente des petits corps de notre système solaire, de façon très chaotique, un signe d'un passé très agité.
Deux théoriciens proposent une explication pour l'anomalie de la durée de vie du neutron mesurée par deux types d'expériences différentes : le neutron pourrait se désintégrer une fois sur cent en autre chose qu'un proton, un électron et un antineutrino : une particule indétectable qui formerait la très recherchée matière noire, accompagnée (ou non) par un photon gamma, lui, bien détectable.
Le mécanisme qui est à l'origine des tempêtes solaires, petites ou grandes, semble avoir été percé à jour par des chercheurs français, leur travail théorique remarquable fait la Une de la revue Nature cette semaine.
Un nouveau mécanisme de perte d'eau sur Mars vient d'être proposé dans une étude qui vient de paraître dans Nature Astronomy. Il pourrait expliquer comment la planète rouge s'est fortement déshydratée au fil des milliards d'années.
Arp 220 est une galaxie à la forme étrange, ultra-lumineuse en infra-rouge. C'est la galaxie la plus proche de ce type, à 250 millions d'années-lumière. Il s'agit en fait du résultat de la collision de deux galaxies spirales, encore en cours de fusion, et elle possède ainsi deux coeurs. Ces derniers viennent d'être observés en infra-rouge lointain par ALMA, avec à la clé une jolie petite découverte.
Cette observation fait la Une de la revue Science : les galaxies naines qui sont en orbite de la grosse galaxie elliptique Centaurus A forment un plan autour d'elle et tournent autour dans le même sens, un phénomène déjà entrevu en 2015 dans le groupe de Centaurus A et en 2013 autour de la galaxie d'Andromède, ainsi qu'autour de notre Galaxie. Le modèle cosmologique standard 𝛬CDM n'explique pas ce comportement.
