Une source énigmatique de rayons X révélée dans le cadre d'un projet d'exploration de données pour les lycéens montre des voies inexplorées cachées dans les vastes archives de l'observatoire à rayons X XMM-Newton de l'ESA.

Lorsque XMM-Newton a été lancé en 1999, la plupart des élèves qui terminent leurs études secondaires aujourd'hui n'étaient même pas nés. Pourtant, l'observatoire à rayons X de l'ESA, vieux de près de deux décennies, réserve de nombreuses surprises à la prochaine génération de scientifiques.

Un avant-goût de nouvelles découvertes a été dévoilé lors d'une récente collaboration entre des scientifiques de l'Institut national d'astrophysique (INAF) de Milan, Italie, et un groupe d'élèves de douzième année d'une école secondaire à proximité de Saronno.

L'interaction fructueuse faisait partie du projet Exploring the X-ray Transient and variable Sky, Suppléments, une étude de recherche internationale des sources variables des 15 premières années d'observations XMM-Newton.

"Nous avons récemment publié le catalogue EXTraS, qui comprend toutes les sources de rayons X – environ un demi-million – dont la luminosité change au fil du temps comme observé par XMM-Newton, et liste plusieurs paramètres observés pour chaque source, " dit Andrea De Luca, l'un des scientifiques qui ont coordonné le projet étudiant.

"L'étape suivante consistait à approfondir ce vaste ensemble de données et à trouver des sources potentiellement intéressantes, et nous avons pensé que ce serait un défi passionnant pour un stage étudiant, " ajoute Andréa.

Les scientifiques de l'INAF de Milan coopèrent depuis quelques années avec les écoles locales, accueillir plusieurs groupes d'étudiants à l'institut pendant quelques semaines et les intégrer aux activités des différents groupes de recherche.

"Pour ce projet particulier, les étudiants ont reçu une introduction sur l'astronomie et les sources exotiques que nous étudions avec des télescopes à rayons X, ainsi qu'un tutoriel sur la base de données et son utilisation, " explique Ruben Salvaterra, un autre scientifique impliqué dans le programme.

"Une fois qu'ils étaient prêts à explorer les archives de données, ils se sont avérés très efficaces et ingénieux. »

Les six étudiants ont analysé environ 200 sources de rayons X, en regardant leur courbe de lumière – un graphique montrant la variabilité de l'objet dans le temps – et en consultant la littérature scientifique pour vérifier s'ils avaient déjà été étudiés.

Finalement, ils ont identifié une poignée de sources présentant des propriétés intéressantes - une puissante fusée éclairante, par exemple - qui n'avaient pas été précédemment rapportés par d'autres études.

"L'une des sources s'est révélée particulièrement intrigante, " dit Andréa.

Doté de la fusée la plus courte de tous les objets analysés, cette source semble être située dans l'amas globulaire NGC 6540 - un regroupement dense d'étoiles - et n'avait pas été étudiée auparavant.

Après avoir présenté leurs conclusions aux scientifiques lors d'un séminaire, les élèves sont retournés à l'école. Mais le travail pour Andrea, Ruben et ses collaborateurs ne faisaient que commencer.

"La source identifiée par les élèves affiche des changements de luminosité comme aucun autre objet connu, nous avons donc commencé à regarder plus en détail, " dit Ruben.

Une source de rayons X par ailleurs de faible luminosité, XMM-Newton l'a vu s'éclaircir jusqu'à 50 fois son niveau normal en 2005, et retomber rapidement après environ cinq minutes.

Les étoiles comme notre soleil brillent modérément aux rayons X, et subissent occasionnellement des éruptions qui augmentent leur luminosité comme celle observée dans cette source. Cependant, de tels événements durent normalement beaucoup plus longtemps – jusqu'à quelques heures, voire quelques jours.

D'autre part, de courtes explosions sont observées dans des systèmes d'étoiles binaires hébergeant un reste stellaire dense tel qu'une étoile à neutrons, mais ces effusions de rayons X se caractérisent par une luminosité beaucoup plus élevée.

"Cet événement remet en question notre compréhension des explosions de rayons X :trop court pour être une éruption stellaire ordinaire, mais trop faible pour être lié à un objet compact, " explique le collaborateur Sandro Mereghetti, auteur principal de l'article présentant les résultats.

Une autre possibilité est que la source soit un binaire dit chromosphériquement actif, un système double d'étoiles avec une intense activité de rayons X causée par des processus dans leur chromosphère, une couche intermédiaire dans l'atmosphère d'une étoile. Mais même dans ce cas, il ne correspond pas étroitement aux propriétés d'un objet connu de cette classe.

Les scientifiques soupçonnent que cette source particulière n'est pas unique, et que d'autres objets aux propriétés similaires se cachent dans les archives XMM-Newton mais n'ont pas encore été identifiés en raison de la combinaison d'une faible luminosité et d'une courte durée de l'éruption.

« L'étude systématique de la variabilité qui a conduit à la constitution du catalogue EXTraS, avec cette première tentative de data mining, suggère que nous avons ouvert un nouveau, fenêtre inexplorée sur l'Univers des rayons X, " ajoute Sandro.

L'équipe prévoit d'étudier plus en détail la source nouvellement identifiée pour mieux comprendre sa nature, tout en recherchant des objets plus similaires dans l'archive.

"C'est excitant de trouver des joyaux cachés comme cette source dans les archives XMM-Newton, et que les jeunes étudiants nous aident à les trouver tout en apprenant et en s'amusant, " conclut Norbert Schartel, Scientifique du projet XMM-Newton à l'ESA.