La nébuleuse du Crabe, le nuage de débris en expansion de six années-lumière d'une explosion de supernova, héberge une étoile à neutrons tournant 30 fois par seconde qui est parmi les pulsars les plus brillants du ciel aux longueurs d'onde des rayons X et radio. Ce composite d'images du télescope spatial Hubble révèle différents gaz expulsés lors de l'explosion :le bleu révèle l'oxygène neutre, le vert indique le soufre ionisé individuellement, et le rouge indique l'oxygène doublement ionisé. Crédit :NASA, ESA, J. Hester et A. Loll (Université d'État de l'Arizona)
Une collaboration scientifique mondiale utilisant les données du télescope NICER (Interior Composition Explorer) de l'étoile à neutrons de la NASA sur la Station spatiale internationale a découvert des surtensions de rayons X accompagnant les sursauts radio du pulsar dans la nébuleuse du Crabe. La découverte montre que ces éclats, appelées impulsions radio géantes, libérer beaucoup plus d'énergie qu'on ne le pensait auparavant.
Un pulsar est un type d'étoile à neutrons en rotation rapide, les écrasés, noyau de la taille d'une ville d'une étoile qui a explosé comme une supernova. Un jeune, une étoile à neutrons isolée peut tourner des dizaines de fois par seconde, et son champ magnétique tourbillonnant alimente des faisceaux d'ondes radio, lumière visible, rayons X, et les rayons gamma. Si ces faisceaux balaient la Terre, les astronomes observent des impulsions d'émission semblables à des horloges et classent l'objet comme un pulsar.
« Sur plus de 2, 800 pulsars catalogués, le pulsar du crabe est l'un des rares à émettre des impulsions radio géantes, qui se produisent sporadiquement et peuvent être des centaines à des milliers de fois plus lumineuses que les impulsions régulières, " a déclaré le scientifique principal Teruaki Enoto du RIKEN Cluster for Pioneering Research à Wako, préfecture de Saitama, Japon. "Après des décennies d'observations, il a été démontré que seul le crabe améliore ses impulsions radio géantes avec des émissions à partir d'autres parties du spectre."
La nouvelle étude, qui paraîtra dans l'édition du 9 avril de Science et est maintenant disponible en ligne, a analysé la plus grande quantité de données radio et radiographiques simultanées jamais recueillies à partir d'un pulsar. Il étend la gamme d'énergie observée associée à ce phénomène d'amélioration par des milliers de fois.
Entre 2017 et 2019, L'explorateur de composition intérieure de l'étoile à neutrons de la NASA (NICER) et des radiotélescopes japonais ont étudié le pulsar du crabe en même temps. Dans cette visualisation, ce qui ne représente que 13 minutes d'observations NICER, des millions de rayons X sont tracés par rapport à la phase de rotation du pulsar, qui est centrée sur l'émission radio la plus forte. Pour plus de clarté, deux rotations complètes sont affichées. Alors que les rayons du pulsar balayent notre champ de vision, ils produisent deux pics pour chaque rotation, le plus brillant étant associé à un plus grand nombre d'impulsions radio géantes. Pour la première fois, Les données NICER montrent une légère augmentation de l'émission de rayons X associée à ces événements. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA/Enoto et al. 2021
Situé à environ 6, 500 années-lumière dans la constellation du Taureau, la Nébuleuse du Crabe et son pulsar se sont formés dans une supernova dont la lumière a atteint la Terre en juillet 1054. L'étoile à neutrons tourne 30 fois par seconde, et aux longueurs d'onde des rayons X et radio, il fait partie des pulsars les plus brillants du ciel.
Entre août 2017 et août 2019, Enoto et ses collègues ont utilisé NICER pour observer à plusieurs reprises le pulsar du crabe en rayons X avec des énergies allant jusqu'à 10, 000 électrons-volts, ou des milliers de fois celle de la lumière visible. Pendant que NICER regardait, l'équipe a également étudié l'objet à l'aide d'au moins l'un des deux radiotélescopes au sol au Japon :la parabole de 34 mètres du Kashima Space Technology Center et la parabole de 64 mètres du Usuda Deep Space Center de l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale, tous deux fonctionnant à une fréquence de 2 gigahertz.
il a combiné efficacement l'ensemble de données a donné aux chercheurs près d'un jour et demi de couverture radio et radio simultanée. En tout, ils ont capturé l'activité sur 3,7 millions de rotations de pulsars et en ont récolté 26, 000 impulsions radio géantes.
Des impulsions géantes éclatent rapidement, pic en millionièmes de seconde, et se produisent de façon imprévisible. Cependant, quand ils surviennent, elles coïncident avec les pulsations régulières de l'horlogerie.
NICER enregistre l'heure d'arrivée de chaque rayon X détecté à 100 nanosecondes près, mais la précision de synchronisation du télescope n'est pas son seul avantage pour cette étude.
"La capacité de NICER à observer des sources de rayons X brillantes est près de quatre fois supérieure à la luminosité combinée du pulsar et de sa nébuleuse, " dit Zaven Arzoumanian, le responsable scientifique du projet au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Donc, ces observations n'ont été en grande partie pas affectées par l'empilement - où un détecteur compte deux rayons X ou plus comme un seul événement - et d'autres problèmes qui ont compliqué les analyses antérieures."
L'équipe d'Enoto a combiné toutes les données de rayons X qui coïncidaient avec des impulsions radio géantes, révélant une augmentation des rayons X d'environ 4% qui s'est produite en synchronisation avec eux. C'est remarquablement similaire à l'augmentation de 3% de la lumière visible également associée au phénomène, découvert en 2003. Par rapport à la différence de luminosité entre les impulsions régulières et géantes du Crabe, ces changements sont remarquablement faibles et constituent un défi pour les modèles théoriques à expliquer.
Les améliorations suggèrent que les impulsions géantes sont une manifestation de processus sous-jacents qui produisent des émissions couvrant le spectre électromagnétique, de la radio aux rayons X. Et parce que les rayons X sont des millions de fois plus puissants que les ondes radio, même une augmentation modeste représente une contribution énergétique importante. Les chercheurs concluent que l'énergie totale émise associée à une impulsion géante est des dizaines à des centaines de fois plus élevée que précédemment estimée à partir des seules données radio et optiques.
"Nous ne comprenons toujours pas comment ni où les pulsars produisent leur émission complexe et étendue, et c'est gratifiant d'avoir contribué une autre pièce au puzzle multi-longueurs d'onde de ces objets fascinants, " dit Enoto.
