La grande éruption d'Eta Carinae dans les années 1840 a créé la nébuleuse de l'Homunculus, imagé ici par Hubble. Maintenant environ une année-lumière, le nuage en expansion contient suffisamment de matière pour faire au moins 10 copies de notre Soleil. Les astronomes ne peuvent pas encore expliquer ce qui a causé cette éruption. Crédit :NASA, ESA, et l'équipe Hubble SM4 ERO
Une nouvelle étude utilisant les données du télescope spatial NuSTAR de la NASA suggère qu'Eta Carinae, le système stellaire le plus lumineux et le plus massif à moins de 10, 000 années-lumière, accélère des particules à des énergies élevées, dont certaines peuvent atteindre la Terre sous forme de rayons cosmiques.
"Nous savons que les ondes de souffle des étoiles explosées peuvent accélérer les particules de rayons cosmiques à des vitesses comparables à celle de la lumière, un incroyable regain d'énergie, " dit Kenji Hamaguchi, un astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et l'auteur principal de l'étude. "Des processus similaires doivent se produire dans d'autres environnements extrêmes. Notre analyse indique qu'Eta Carinae est l'un d'entre eux."
Les astronomes savent que les rayons cosmiques d'énergie supérieure à 1 milliard d'électrons-volts (eV) nous parviennent d'au-delà de notre système solaire. Mais parce que ces particules - les électrons, les protons et les noyaux atomiques portent tous une charge électrique, ils s'écartent de leur trajectoire chaque fois qu'ils rencontrent des champs magnétiques. Cela brouille leurs chemins et masque leurs origines.
Eta Carinae, situé à environ 7, 500 années-lumière dans la constellation australe de Carina, est célèbre pour une explosion du 19ème siècle qui en a brièvement fait la deuxième étoile la plus brillante du ciel. Cet événement a également éjecté une nébuleuse massive en forme de sablier, mais la cause de l'éruption reste mal comprise.
Le système contient une paire d'étoiles massives dont les orbites excentriques les rapprochent inhabituellement tous les 5,5 ans. Les étoiles contiennent 90 et 30 fois la masse de notre Soleil et se séparent de 140 millions de miles (225 millions de kilomètres) à leur approche la plus proche, soit à peu près la distance moyenne séparant Mars et le Soleil.
"Les deux étoiles d'Eta Carinae entraînent de puissants flux sortants appelés vents stellaires, " a déclaré le membre de l'équipe Michael Corcoran, aussi à Goddard. "Là où ces vents se heurtent, change au cours du cycle orbital, qui produit un signal périodique dans les rayons X de basse énergie que nous suivons depuis plus de deux décennies. »
Le télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA observe également un changement dans les rayons gamma – la lumière contenant beaucoup plus d'énergie que les rayons X – à partir d'une source dans la direction d'Eta Carinae. Mais la vision de Fermi n'est pas aussi nette que les télescopes à rayons X, les astronomes n'ont donc pas pu confirmer la connexion.
Pour combler le fossé entre la surveillance par rayons X à basse énergie et les observations de Fermi, Hamaguchi et ses collègues se sont tournés vers NuSTAR. Lancé en 2012, NuSTAR peut focaliser des rayons X d'une énergie beaucoup plus grande que n'importe quel télescope précédent. En utilisant à la fois les données nouvellement prises et les données d'archives, l'équipe a examiné les observations NuSTAR acquises entre mars 2014 et juin 2016, ainsi que des observations aux rayons X à basse énergie du satellite XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne au cours de la même période.
Eta Carinae brille dans les rayons X sur cette image de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA. Les couleurs indiquent différentes énergies. Le rouge s'étend sur 300 à 1, 000 électrons-volts (eV), le vert va de 1, 000 à 3, 000 eV et couvertures bleues 3, 000 à 10, 000 eV. En comparaison, l'énergie de la lumière visible est d'environ 2 à 3 eV. Les observations NuSTAR (contours verts) révèlent une source de rayons X avec des énergies environ trois fois plus élevées que celles détectées par Chandra. Les rayons X vus depuis la source ponctuelle centrale proviennent de la collision du vent stellaire du binaire. La détection NuSTAR montre que les ondes de choc dans la zone de collision du vent accélèrent les particules chargées comme les électrons et les protons à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. Certains d'entre eux peuvent atteindre la Terre, où ils seront détectés comme des particules de rayons cosmiques. Les rayons X diffusés par les débris éjectés lors de la célèbre éruption d'Eta Carinae en 1840 peuvent produire l'émission rouge plus large. Crédit :NASA/CXC et NASA/JPL-Caltech
La basse énergie d'Eta Carinae, ou doux, Les rayons X proviennent du gaz à l'interface des vents stellaires en collision, où les températures dépassent 70 millions de degrés Fahrenheit (40 millions de degrés Celsius). Mais NuSTAR détecte une source émettant des rayons X supérieurs à 30, 000 eV, environ trois fois plus élevé que ce qui peut être expliqué par les ondes de choc dans les vents en collision. En comparaison, l'énergie de la lumière visible varie d'environ 2 à 3 eV.
L'analyse de l'équipe, présenté dans un article publié lundi, 2 juillet dans Astronomie de la nature , montre que ces rayons X « durs » varient avec la période orbitale binaire et présentent un schéma de sortie d'énergie similaire à celui des rayons gamma observés par Fermi.
Les chercheurs disent que la meilleure explication à la fois de l'émission de rayons X durs et de rayons gamma est l'accélération des électrons dans des ondes de choc violentes le long de la frontière des vents stellaires en collision. Les rayons X détectés par NuSTAR et les rayons gamma détectés par Fermi proviennent de la lumière des étoiles à laquelle les interactions avec ces électrons reçoivent un énorme regain d'énergie.
Certains des électrons ultrarapides, ainsi que d'autres particules accélérées, doivent échapper au système et peut-être que certains finiront par errer sur Terre, où ils peuvent être détectés comme des rayons cosmiques.
"Nous savons depuis un certain temps que la région autour d'Eta Carinae est la source d'émission énergétique en rayons X et rayons gamma de haute énergie", dit Fiona Harrison, le chercheur principal de NuSTAR et professeur d'astronomie à Caltech à Pasadena, Californie. "Mais jusqu'à ce que NuSTAR soit capable de localiser le rayonnement, montrer qu'il vient du binaire et étudier ses propriétés en détail, l'origine était mystérieuse."
