Pour la première fois, le télescope spatial IXPE de la NASA a directement mesuré les champs magnétiques du pulsar PSR J1101−6101, un objet céleste situé au cœur de la Nébuleuse du Phare. Ces nouvelles données, publiées dans l’Astrophysical Journal, offrent des perspectives inédites sur la structure et le comportement des objets les plus extrêmes de l’univers, ouvrant une voie vers une meilleure compréhension de la physique cosmique.
Le télescope spatial IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) de la NASA a franchi une étape significative en astrophysique. Des scientifiques ont réussi à cartographier les champs magnétiques du pulsar PSR J1101−6101, situé au sein de la nébuleuse souvent désignée comme la Nébuleuse du Phare. Cette avancée apporte des éclaircissements précieux sur les mécanismes à l’œuvre dans ces environnements cosmiques singuliers et sur la dynamique des particules à haute énergie.
Un laboratoire cosmique aux conditions extrêmes
Un pulsar est un type d’étoile à neutrons caractérisé par un champ magnétique intense et une rotation rapide. PSR J1101−6101 illustre cette définition en tournant à une vitesse vertigineuse de 16 fois par seconde. Les étoiles à neutrons elles-mêmes sont les vestiges ultradenses du cœur d’étoiles massives, ayant épuisé leur carburant et s’étant effondrées en fin de vie. Bien que plus massives que le Soleil, elles sont compactées à la taille d’une ville, ce qui en fait des laboratoires naturels idéaux pour l’étude de la physique dans des conditions extrêmes, impossibles à reproduire sur Terre.
La polarimétrie X-ray au service de la physique stellaire
L’observation a été rendue possible grâce à la capacité d’IXPE à mesurer la polarisation des rayons X, une propriété de la lumière qui décrit l’orientation des vibrations de son champ électrique. Le degré de polarisation indique à quel point ces vibrations sont alignées. IXPE a consacré près de 18 jours d’observation à la Nébuleuse du Phare, focalisant son attention sur deux extensions d’émission de rayons X s’étendant à partir du pulsar : une extension plus longue appelée le « filament » et une plus courte, le « sillage » (ou trail). L’objectif était de comprendre comment les électrons, accélérés à des vitesses proches de celle de la lumière, interagissent avec ce système énergétique.
Flux de particules et champs magnétiques galactiques
Lorsque les particules de haute énergie émises par le pulsar entrent en collision avec le gaz du milieu interstellaire, elles créent une onde de choc en proue, similaire à celle formée à l’avant d’un bateau rapide. La majorité de ces particules sont piégées derrière cette onde de choc, formant le sillage turbulent. Cependant, depuis 2008, les chercheurs suspectaient que les particules les plus énergétiques parvenaient à s’échapper à travers cette onde de choc pour se répandre dans l’espace interstellaire, suivant les lignes de champ magnétique de la galaxie pour former le long et fin filament de la nébuleuse.
« Nous voulions tester cette théorie », a déclaré Jack Dinsmore, étudiant à l’Université de Stanford et principal auteur de l’étude. « La preuve irréfutable viendrait de la mesure de la polarisation de la lumière, qui indique la direction du champ magnétique. Si le champ magnétique pointe le long du filament, cela confirme que les particules du filament s’écoulent le long de ce champ. »
Confirmation des modèles et perspectives futures
Malgré la faible luminosité relative de la Nébuleuse du Phare, les scientifiques d’IXPE ont développé des méthodes d’analyse avancées pour exploiter toutes les données disponibles. Ces techniques ont permis de mesurer avec succès la polarisation du filament, ainsi que celle du sillage et du signal d’émission du pulsar. L’analyse a confirmé, avec une confiance de plus de 99%, que les particules s’écoulent bien le long des lignes de champ magnétique dans le filament.
Cette première mesure directe des champs magnétiques d’un pulsar dans un environnement aussi complexe valide des modèles théoriques existants sur la dynamique des particules et la structure magnétique des nébuleuses de pulsars. Elle ouvre également la voie à de futures études sur la manière dont ces objets extrêmes génèrent et influencent les champs magnétiques à des échelles galactiques, et comment ils accélèrent les particules à des énergies phénoménales, contribuant ainsi à l’énigme des rayons cosmiques.
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