Le télescope Interior Composition Explorer (NICER) de l'étoile à neutrons de la NASA sur la Station spatiale internationale a détecté un pic soudain de rayons X vers 22 h 04. EDT le 20 août. L'explosion a été causée par un flash thermonucléaire massif à la surface d'un pulsar, les restes écrasés d'une étoile qui a explosé il y a longtemps en tant que supernova.

Le sursaut de rayons X, le plus brillant vu par NICER jusqu'à présent, provenait d'un objet nommé SAX J1808.4-3658, ou J1808 pour faire court. Les observations révèlent de nombreux phénomènes qui n'ont jamais été vus ensemble en une seule rafale. En outre, la boule de feu en déclin s'est brièvement éclaircie à nouveau pour des raisons que les astronomes ne peuvent pas encore expliquer.

"Cette rafale était exceptionnelle, " a déclaré le chercheur principal Peter Bult, un astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et l'Université du Maryland, Parc du Collège. "Nous voyons un changement de luminosité en deux étapes, que nous pensons être causé par l'éjection de couches séparées de la surface du pulsar, et d'autres fonctionnalités qui nous aideront à décoder la physique de ces événements puissants."

L'explosion, que les astronomes classent comme un sursaut de rayons X de type I, libéré autant d'énergie en 20 secondes que le Soleil en près de 10 jours. Les détails capturés par NICER sur cette éruption record aideront les astronomes à affiner leur compréhension des processus physiques à l'origine de ses poussées thermonucléaires et d'autres pulsars éclatants.

Un pulsar est une sorte d'étoile à neutrons, le noyau compact laissé sur place lorsqu'une étoile massive tombe à court de carburant, s'effondre sous son propre poids, et explose. Les pulsars peuvent tourner rapidement et héberger des points chauds émettant des rayons X à leurs pôles magnétiques. Pendant que l'objet tourne, il balaie les points chauds dans notre champ de vision, produisant des impulsions régulières de rayonnement de haute énergie.

J1808 est situé à environ 11, 000 années-lumière dans la constellation du Sagittaire. Il tourne à une vitesse vertigineuse de 401 rotations par seconde, et est un membre d'un système binaire. Son compagnon est une naine brune, un objet plus grand qu'une planète géante mais trop petit pour être une étoile. Un flux constant d'hydrogène gazeux s'écoule du compagnon vers l'étoile à neutrons, et il s'accumule dans une vaste structure de stockage appelée disque d'accrétion.

Le gaz dans les disques d'accrétion ne se déplace pas facilement vers l'intérieur. Mais toutes les quelques années, les disques autour des pulsars comme le J1808 deviennent si denses qu'une grande quantité de gaz s'ionise, ou dépouillé de ses électrons. Cela rend plus difficile la circulation de la lumière à travers le disque. L'énergie piégée déclenche un processus incontrôlable de chauffage et d'ionisation qui piège encore plus d'énergie. Le gaz devient plus résistant à l'écoulement et commence à tourner en spirale vers l'intérieur, tombant finalement sur le pulsar.

L'hydrogène qui pleut à la surface forme un « mer » mondiale de plus en plus profonde. A la base de cette couche, les températures et les pressions augmentent jusqu'à ce que les noyaux d'hydrogène fusionnent pour former des noyaux d'hélium, qui produit de l'énergie, un processus à l'œuvre au cœur de notre Soleil.

"L'hélium se dépose et forme une couche à lui tout seul, " dit Zaven Arzoumanian de Goddard, chercheur principal adjoint pour NICER et co-auteur de l'article. "Une fois que la couche d'hélium est à quelques mètres de profondeur, les conditions permettent aux noyaux d'hélium de fusionner en carbone. Ensuite, l'hélium éclate de manière explosive et libère une boule de feu thermonucléaire sur toute la surface du pulsar."

Les astronomes utilisent un concept appelé la limite d'Eddington - du nom de l'astrophysicien anglais Sir Arthur Eddington - pour décrire l'intensité de rayonnement maximale qu'une étoile peut avoir avant que ce rayonnement ne provoque l'expansion de l'étoile. Ce point dépend fortement de la composition du matériau se trouvant au-dessus de la source d'émission.

"Notre étude exploite ce concept de longue date d'une manière nouvelle, " a déclaré le co-auteur Deepto Chakrabarty, professeur de physique au Massachusetts Institute of Technology de Cambridge. "Nous voyons apparemment la limite d'Eddington pour deux compositions différentes dans le même sursaut de rayons X. C'est un moyen très puissant et direct de suivre les réactions de combustion nucléaire qui sous-tendent l'événement."

Comme l'éclatement a commencé, Les données NICER montrent que la luminosité de ses rayons X s'est stabilisée pendant près d'une seconde avant d'augmenter à nouveau à un rythme plus lent. Les chercheurs interprètent ce "décrochage" comme le moment où l'énergie de l'explosion s'est accumulée suffisamment pour souffler la couche d'hydrogène du pulsar dans l'espace.

La boule de feu a continué à se former pendant encore deux secondes, puis a atteint son apogée, soufflant la couche d'hélium plus massive. L'hélium se dilate plus vite, a dépassé la couche d'hydrogène avant qu'elle ne puisse se dissiper, puis ralenti, s'est arrêté et s'est réinstallé sur la surface du pulsar. Suite à cette phase, le pulsar s'est brièvement éclairci à nouveau d'environ 20 pour cent pour des raisons que l'équipe ne comprend pas encore.

Au cours de la récente série d'activités de J1808, NICER en a détecté un autre, sursaut de rayons X beaucoup plus faible qui n'a affiché aucune des caractéristiques clés observées lors de l'événement du 20 août.

En plus de détecter l'expansion des différentes couches, Les observations NICER de l'explosion révèlent des rayons X se reflétant sur le disque d'accrétion et enregistrent le scintillement des « oscillations d'éclatement » - des signaux de rayons X qui montent et descendent à la fréquence de rotation du pulsar mais qui se produisent à des emplacements de surface différents de ceux des points chauds responsables. pour ses impulsions de rayons X normales.

Un article décrivant les résultats a été publié par The Lettres de revues astrophysiques .