Les scientifiques analysant les premières données de la mission Interior Composition Explorer (NICER) de l'étoile à neutrons ont trouvé deux étoiles qui tournent l'une autour de l'autre toutes les 38 minutes, soit à peu près le temps qu'il faut pour diffuser une série télévisée. L'une des étoiles du système, appelé IGR J17062-6143 (J17062 en abrégé), est une rotation rapide, étoile superdense appelée pulsar. La découverte confère à la paire stellaire le record de la période orbitale la plus courte connue pour une certaine classe de système binaire de pulsars.

Les données de NICER montrent également que les étoiles de J17062 ne sont que d'environ 186, 000 milles (300, 000 kilomètres) l'un de l'autre, moins que la distance entre la Terre et la Lune. Sur la base de la période orbitale vertigineuse et de la séparation de la paire, les scientifiques impliqués dans une nouvelle étude du système pensent que la deuxième étoile est une naine blanche pauvre en hydrogène.

"Ce n'est pas possible pour une étoile riche en hydrogène, comme notre Soleil, être le compagnon du pulsar, ", a déclaré Tod Strohmayer, astrophysicien à Goddard et auteur principal de l'article. "Vous ne pouvez pas placer une étoile comme celle-ci sur une orbite si petite."

Une précédente observation de 20 minutes par le Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) en 2008 n'a pu fixer qu'une limite inférieure pour la période orbitale de J17062. PLUS GENTIL, qui a été installé à bord de la Station spatiale internationale en juin dernier, a pu observer le système pendant des périodes beaucoup plus longues. En août, l'instrument s'est concentré sur J17062 pendant plus de sept heures sur 5,3 jours. En combinant des observations supplémentaires en octobre et novembre, l'équipe scientifique a pu confirmer la période orbitale record pour un système binaire contenant ce que les astronomes appellent un pulsar à rayons X d'accrétion milliseconde (AMXP).

Quand une étoile massive devient supernova, son noyau s'effondre dans un trou noir ou une étoile à neutrons, qui est petite et superdense, de la taille d'une ville mais contenant plus de masse que le Soleil. Les étoiles à neutrons sont si chaudes que la lumière qu'elles émettent passe au rouge, blanc chaud, UV-hot et pénètre dans la partie des rayons X du spectre électromagnétique. Un pulsar est une étoile à neutrons en rotation rapide.

L'observation RXTE de J17062 en 2008 a révélé que les impulsions de rayons X se reproduisaient 163 fois par seconde. Ces impulsions marquent les emplacements des points chauds autour des pôles magnétiques du pulsar, ils permettent donc aux astronomes de déterminer à quelle vitesse il tourne. Le pulsar de J17062 tourne à environ 9, 800 tours par minute.

Des points chauds se forment lorsque le champ gravitationnel intense d'une étoile à neutrons éloigne de la matière d'un compagnon stellaire - dans J17062, de la naine blanche, où elle s'accumule dans un disque d'accrétion. La matière dans le disque descend en spirale, faisant finalement son chemin sur la surface. Les étoiles à neutrons ont de forts champs magnétiques, de sorte que le matériau atterrit sur la surface de l'étoile de manière inégale, voyageant le long du champ magnétique jusqu'aux pôles magnétiques où il crée des points chauds.

Le barrage constant de gaz en chute provoque une rotation plus rapide des pulsars accréteurs. Pendant qu'ils tournent, les points chauds entrent et sortent de la vue des instruments à rayons X comme NICER, qui enregistrent les fluctuations. Certains pulsars tournent plus de 700 fois par seconde, comparable aux lames d'un mixeur de cuisine. Les fluctuations des rayons X des pulsars sont si prévisibles que l'expérience compagnon de NICER, l'explorateur de stations pour la technologie de synchronisation et de navigation par rayons X (SEXTANT), a déjà montré qu'ils peuvent servir de balises pour la navigation autonome des futurs engins spatiaux.

Heures supplémentaires, la matière de l'étoile donneuse s'accumule à la surface de l'étoile à neutrons. Une fois que la pression de cette couche augmente au point où ses atomes fusionnent, une réaction thermonucléaire d'emballement se produit, libérant l'équivalent énergétique de 100 bombes de 15 mégatonnes explosant sur chaque centimètre carré, expliqua Strohmayer. Les rayons X de ces explosions peuvent également être capturés par NICER, bien que l'on n'ait pas encore vu de J17062.

Les chercheurs ont pu déterminer que les étoiles de J17062 tournent les unes autour des autres sur une orbite circulaire, ce qui est commun pour les AMXP. La naine blanche donneuse d'étoiles est une "légère, " seulement environ 1,5% de la masse de notre Soleil. Le pulsar est beaucoup plus lourd, environ 1,4 masse solaire, ce qui signifie que les étoiles orbitent autour d'un point autour de 1, 900 milles (3, 000 km) du pulsar. Strohmayer a dit que c'est presque comme si l'étoile donneuse était en orbite autour d'un pulsar stationnaire, mais NICER est suffisamment sensible pour détecter une légère fluctuation dans l'émission de rayons X du pulsar due à la traction de l'étoile donneuse.

"La distance entre nous et le pulsar n'est pas constante, " dit Strohmayer. " Cela varie en fonction de ce mouvement orbital. Quand le pulsar est plus proche, l'émission de rayons X met un peu moins de temps à nous parvenir que lorsqu'elle est plus éloignée. Ce délai est faible, seulement environ 8 millisecondes pour l'orbite de J17062, mais c'est tout à fait dans les capacités d'une machine à pulsar sensible comme NICER."

Les résultats de l'étude ont été publiés le 9 mai dans The Lettres de revues astrophysiques .

La mission de NICER est de fournir des mesures de haute précision pour approfondir l'étude de la physique et du comportement des étoiles à neutrons. D'autres résultats de premier tour de l'instrument ont fourni des détails sur les sursauts thermonucléaires d'un objet et ont exploré ce qui arrive au disque d'accrétion pendant ces événements.

"Les étoiles à neutrons s'avèrent être des laboratoires de physique nucléaire vraiment uniques, d'un point de vue terrestre, " dit Zaven Arzoumanian, un astrophysicien Goddard et scientifique principal pour NICER. "Nous ne pouvons pas recréer les conditions sur les étoiles à neutrons n'importe où dans notre système solaire. L'un des objectifs clés de NICER est d'étudier la physique subatomique qui n'est accessible nulle part ailleurs."

NICER est une mission d'opportunité d'astrophysique au sein du programme Explorer de la NASA, qui offre des opportunités de vol fréquentes pour des recherches scientifiques de classe mondiale depuis l'espace en utilisant des technologies innovantes, rationalisé, et des approches de gestion efficaces dans les domaines des sciences de l'héliophysique et de l'astrophysique. La Direction de la mission de technologie spatiale de la NASA soutient la composante SEXTANT de la mission, démonstration de la navigation des engins spatiaux à base de pulsar.