Des scientifiques découvrent les rayons gamma les plus énergétiques jamais émis par un pulsar

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Des scientifiques utilisant l’observatoire HESS en Namibie ont détecté les rayons gamma les plus énergétiques jamais émis par une étoile morte appelée pulsar. L’énergie de ces rayons gamma était de 20 téraélectronvolts, soit environ dix mille milliards de fois l’énergie de la lumière visible. Cette observation est difficilement conciliable avec la théorie de la production de tels rayons gamma pulsés, comme le rapporte l’équipe internationale dans la revue Astronomie naturelle.

Les pulsars sont les cadavres d’étoiles qui ont explosé de façon spectaculaire en supernova. Les explosions laissent derrière elles une petite étoile morte d’à peine 20 kilomètres de diamètre, tournant extrêmement vite et dotée d’un énorme champ magnétique. « Ces étoiles mortes sont presque entièrement constituées de neutrons et sont incroyablement denses : une cuillère à café de leur matière a une masse de plus de cinq milliards de tonnes, soit environ 900 fois la masse de la grande pyramide de Gizeh », explique Emma de Oña Wilhelmi, co-auteur de la publication travaillant à DESY.

Les pulsars émettent des faisceaux rotatifs de rayonnement électromagnétique, un peu comme des phares cosmiques. Si leur faisceau traverse notre système solaire, nous voyons des éclairs de rayonnement à intervalles de temps réguliers. Ces éclairs, également appelés impulsions de rayonnement, peuvent être recherchés dans différentes bandes d’énergie du spectre électromagnétique. Les scientifiques pensent que la source de ce rayonnement sont les électrons rapides produits et accélérés dans la magnétosphère du pulsar, en se déplaçant vers sa périphérie. La magnétosphère est constituée de plasma et de champs électromagnétiques qui entourent l’étoile et tournent avec elle. « Lors de leur voyage aller, les électrons acquièrent de l’énergie et la libèrent sous la forme des faisceaux de rayonnement observés », explique Bronek Rudak du Centre astronomique Nicolas Copernic (CAMK PAN) en Pologne, également co-auteur.

Le pulsar Vela, situé dans le ciel austral dans la constellation Vela (voile du navire), est le pulsar le plus brillant de la bande radio du spectre électromagnétique et la source persistante la plus brillante de rayons gamma cosmiques dans la gamme des gigaélectronvolts (GeV). . Il tourne environ onze fois par seconde. Cependant, au-dessus de quelques GeV, son rayonnement s’arrête brusquement, probablement parce que les électrons atteignent l’extrémité de la magnétosphère du pulsar et s’en échappent.

Mais ce n’est pas la fin de l’histoire : grâce à des observations approfondies avec HESS, un nouveau composant de rayonnement à des énergies encore plus élevées a été découvert, avec des énergies pouvant atteindre des dizaines de téraélectronvolts (TeV). « C’est environ 200 fois plus énergétique que tous les rayonnements jamais détectés auparavant par cet objet », explique le co-auteur Christo Venter de l’Université du Nord-Ouest en Afrique du Sud. Cette composante de très haute énergie apparaît aux mêmes intervalles de phase que celle observée dans la gamme du GeV. Cependant, pour atteindre ces énergies, les électrons devront peut-être voyager encore plus loin que la magnétosphère, mais le modèle d’émission rotationnel doit rester intact.

« Ce résultat remet en question nos connaissances antérieures sur les pulsars et nécessite de repenser le fonctionnement de ces accélérateurs naturels », explique Arache Djannati-Atai du laboratoire Astroparticules & Cosmologie (APC) en France, qui a dirigé la recherche. « Le schéma traditionnel selon lequel les particules sont accélérées le long des lignes de champ magnétique à l’intérieur ou légèrement à l’extérieur de la magnétosphère ne peut pas expliquer suffisamment nos observations. Peut-être assistons-nous à l’accélération des particules à travers ce que l’on appelle le processus de reconnexion magnétique au-delà du cylindre de lumière, qui, d’une manière ou d’une autre, préserve le modèle de rotation ? Mais même ce scénario se heurte à des difficultés pour expliquer comment un rayonnement aussi extrême est produit.

Quelle que soit l’explication, à côté de ses autres superlatifs, le pulsar Vela détient désormais officiellement le record du pulsar possédant les rayons gamma les plus énergétiques découverts à ce jour. « Cette découverte ouvre une nouvelle fenêtre d’observation pour la détection d’autres pulsars dans la gamme des dizaines de téraélectronvolts avec les télescopes à rayons gamma actuels et futurs, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension des processus d’accélération extrêmes dans les objets astrophysiques hautement magnétisés. » dit Djannati-Atai.

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