Des touches de bleu et de vert vif sur cette image de la galaxie Fireworks (NGC 6946) montrent les emplacements de sources extrêmement lumineuses de rayons X capturées par l'observatoire spatial NuSTAR de la NASA. Généré par certains des processus les plus énergétiques de l'univers, ces sources de rayons X sont rares par rapport aux nombreuses sources lumineuses visibles dans l'image de fond. Une nouvelle étude, publié dans le Journal d'astrophysique , propose quelques explications possibles pour l'apparition surprise de la source verte près du centre de la galaxie, qui est apparu et a disparu en quelques semaines.

L'objectif principal des observations de NuSTAR était d'étudier la supernova - l'explosion d'une étoile beaucoup plus massive que notre Soleil - qui apparaît sous la forme d'un point bleu-vert brillant en haut à droite. Ces événements violents peuvent brièvement produire suffisamment de lumière visible pour éclipser des galaxies entières composées de milliards d'étoiles. Ils génèrent également de nombreux éléments chimiques de notre univers qui sont plus lourds que le fer.

La tache verte près du fond de la galaxie n'était pas visible lors de la première observation NuSTAR, mais brûlait vivement au début d'une deuxième observation 10 jours plus tard. L'observatoire de rayons X Chandra de la NASA a observé plus tard que la source, connue sous le nom de source de rayons X ultralumineuse, ou ULX - avait disparu tout aussi rapidement. L'objet a depuis été nommé ULX-4 car il s'agit du quatrième ULX identifié dans cette galaxie. Aucune lumière visible n'a été détectée avec la source de rayons X, un fait qui exclut très probablement la possibilité qu'il s'agisse également d'une supernova.

"Dix jours, c'est très court pour qu'un objet aussi brillant apparaisse, " a déclaré Hannah Earnshaw, chercheur postdoctoral au Caltech à Pasadena, Californie, et auteur principal de la nouvelle étude. "Généralement avec NuSTAR, nous observons des changements plus progressifs au fil du temps, et nous n'observons pas souvent une source plusieurs fois en succession rapide. Dans ce cas, nous avons eu la chance d'attraper une source changeant extrêmement rapidement, ce qui est très excitant."

Trou noir possible

La nouvelle étude explore la possibilité que la lumière provienne d'un trou noir consommant un autre objet, comme une étoile. Si un objet s'approche trop près d'un trou noir, la gravité peut séparer cet objet, amenant les débris sur une orbite proche autour du trou noir. Le matériau au bord intérieur de ce disque nouvellement formé commence à se déplacer si vite qu'il chauffe jusqu'à des millions de degrés et émet des rayons X. (La surface du Soleil, par comparaison, est d'environ 10, 000 degrés Fahrenheit, ou 5, 500 degrés Celsius.)

La plupart des ULX ont généralement une longue durée de vie car ils sont créés par un objet dense, comme un trou noir, qui "se nourrit" de l'étoile pendant une période prolongée. De courte durée, ou "transitoire, " Les sources de rayons X comme ULX-4 sont beaucoup plus rares, donc un seul événement dramatique, comme un trou noir détruisant rapidement une petite étoile, pourrait expliquer l'observation.

Cependant, ULX-4 n'est peut-être pas un événement ponctuel, et les auteurs de l'article ont exploré d'autres explications potentielles pour cet objet. Une possibilité :la source d'ULX-4 pourrait être une étoile à neutrons. Les étoiles à neutrons sont des objets extrêmement denses formés à partir de l'explosion d'une étoile qui n'était pas assez massive pour former un trou noir. Avec à peu près la même masse que notre Soleil mais emballé dans un objet de la taille d'une grande ville, les étoiles à neutrons peuvent, comme des trous noirs, aspirez le matériau et créez un disque de débris se déplaçant rapidement. Ceux-ci peuvent également générer des sources de rayons X ultralumineuses à alimentation lente, bien que la lumière des rayons X soit produite par des processus légèrement différents de ceux des ULX créés par les trous noirs.

Les étoiles à neutrons génèrent des champs magnétiques si puissants qu'ils peuvent créer des "colonnes" qui canalisent la matière jusqu'à la surface, générer des rayons X puissants dans le processus. Mais si l'étoile à neutrons tourne particulièrement vite, ces champs magnétiques peuvent créer une barrière, rendant impossible pour la matière d'atteindre la surface de l'étoile.

"Ce serait un peu comme essayer de sauter sur un carrousel qui tourne à des milliers de kilomètres à l'heure, " a déclaré Earnshaw.

L'effet de barrière empêcherait l'étoile d'être une source lumineuse de rayons X, sauf pour les moments où la barrière magnétique pourrait vaciller brièvement, permettant au matériau de passer à travers et de tomber sur la surface de l'étoile à neutrons. Cela pourrait être une autre explication possible de l'apparition et de la disparition soudaines de l'ULX-4. Si la même source devait s'allumer à nouveau, cela pourrait étayer cette hypothèse.

"Ce résultat est une étape vers la compréhension de certains des cas les plus rares et les plus extrêmes dans lesquels la matière s'accumule sur les trous noirs ou les étoiles à neutrons, " a déclaré Earnshaw.