Des scientifiques de l'Institut de physique et de technologie de Moscou, Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie (IKI), et l'observatoire Pulkovo ont découvert une étoile à neutrons unique, dont le champ magnétique n'est apparent que lorsque l'étoile est vue sous un certain angle par rapport à l'observateur. Précédemment, toutes les étoiles à neutrons pourraient être regroupées en deux grandes familles :la première comprenait les objets où le champ magnétique se manifeste pendant tout le cycle de spin, et l'autre incluait des objets où le champ magnétique n'est pas du tout mesuré. L'étoile à neutrons GRO J2058+42 étudiée par les chercheurs n'offre un aperçu de la structure interne du champ magnétique d'une étoile à neutrons qu'à une certaine phase de sa période de rotation. L'ouvrage a été publié dans le Lettres de revues astrophysiques .

L'étoile à neutrons du système GRO J2058+42 a été découverte il y a près d'un quart de siècle avec le Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) aux États-Unis. Il appartient à la classe des pulsars à rayons X dits transitoires. Cet objet a été étudié à l'aide de différents instruments et rien ne le distingue des autres objets de sa classe. Seules les observations récentes avec l'observatoire spatial NuSTAR qui a une combinaison exceptionnelle de la résolution à haute énergie ( <400 eV) et plage d'énergie extrêmement large (3-79 keV), permis aux scientifiques de détecter une particularité dans l'émission du pulsar, ce qui en fait potentiellement le premier objet de sa propre famille.

Une raie d'absorption cyclotron a été enregistrée dans le spectre d'énergie de la source qui permet d'estimer l'intensité du champ magnétique de l'étoile à neutrons. Un tel phénomène d'observation (ligne cyclotron) n'est pas nouveau et est actuellement observé dans une trentaine de pulsars à rayons X. La particularité de la découverte des scientifiques russes est que cette raie ne se manifeste que lorsque l'étoile à neutrons est vue sous un certain angle par rapport à l'observateur. Cette découverte a été possible grâce à une analyse « tomographique » détaillée du système. Les spectres de rayons X de l'étoile à neutrons GROJ2058+42 ont été mesurés dans dix directions différentes et seulement dans l'une d'entre elles, une diminution significative de l'intensité d'émission autour de 10 keV a été trouvée. Cette énergie correspond approximativement à l'intensité du champ magnétique de 1012 G à la surface de l'étoile à neutrons. Le résultat obtenu est particulièrement intéressant en raison d'un enregistrement simultané des harmoniques supérieures de la raie du cyclotron à la même phase de rotation de l'étoile à neutrons.

Les étoiles à neutrons sont des objets superdenses avec un rayon d'environ 10 km et une masse de 1,4 à 2,5 fois la masse du Soleil. Les étoiles à neutrons naissent à la suite d'explosions de supernova qui peuvent entraîner une telle compression de la matière que les électrons fusionnent avec les protons et forment des neutrons, résultant en des masses colossales dans de petits volumes. De plus, l'intensité du champ magnétique à la surface de l'étoile à neutrons après l'effondrement peut atteindre 1011-1012 G (ce qui est des dizaines de millions de fois plus élevé que celui atteint dans les laboratoires terrestres les plus puissants). Typiquement, les étoiles à neutrons ont une configuration dipolaire du champ magnétique, c'est-à-dire ils ont deux pôles (semblables à la Terre, qui a les pôles magnétiques Nord et Sud).

Certaines étoiles à neutrons peuvent former des systèmes binaires avec des étoiles normales, capturant la matière de leurs compagnons normaux et l'accrétant sur des pôles magnétiques. Ce processus est quelque peu similaire à celui de la Terre capturant les particules du vent solaire, qui se traduit par un phénomène connu sous le nom d'aurore. Si l'axe de rotation de l'étoile à neutrons ne coïncide pas avec son axe magnétique, l'observateur enregistrera un signal périodique, comme celui d'un phare, et l'étoile apparaît comme un pulsar à rayons X.

GRO J2058+42 est un pulsar à rayons X très particulier car son émission ne peut être observée que lors d'explosions lumineuses. Un tel comportement s'explique par le fait que l'étoile compagne de ce système appartient aux étoiles dites de classe Be. De telles étoiles tournent si rapidement autour de leur axe qu'un disque de matière sortant (ou ce qu'on appelle une décrétion) se forme autour de leur équateur. Lorsque l'étoile à neutrons se déplace autour d'une composante normale de masse élevée, la matière d'un tel disque commence à couler à sa surface, ce qui provoque une explosion, ou une augmentation rapide de la luminosité. Ce sont des moments idéaux pour étudier les propriétés physiques de tels objets.

De telles études sont généralement compliquées par le fait que les explosions dans la plupart de ces systèmes sont plutôt rares et ne peuvent pas être prédites de manière fiable. Par conséquent, il est important d'organiser rapidement des observations avec des observatoires spatiaux lorsque de tels événements se produisent. Les scientifiques des instituts mentionnés ci-dessus ont eu la chance d'attraper le début d'une nouvelle explosion de GRO J2058+42 et d'organiser rapidement des séries d'observations avec l'observatoire NuSTAR. Ces observations ont montré que le champ magnétique ne se manifeste que pendant certaines phases de la rotation de l'étoile à neutrons, ce qui peut indiquer sa configuration inhabituelle ou des particularités dans la géométrie du système. Les résultats obtenus étaient si intrigants que les scientifiques russes ont contacté leurs collègues de l'équipe NuSTAR et ont suggéré d'effectuer des observations supplémentaires qui ont confirmé les premiers résultats.

En général, les inhomogénéités possibles dans la structure du champ magnétique des étoiles à neutrons ont été prédites par des calculs théoriques, mais auparavant, on croyait que de telles inhomogénéités ne se formaient que par de courtes explosions, observé à partir de magnétars. La découverte des scientifiques russes a prouvé pour la première fois que le champ magnétique d'une étoile à neutrons a une structure considérablement plus complexe que ce que l'on croyait auparavant, et que cette structure complexe peut conserver sa forme assez longtemps et être une propriété fondamentale d'un objet.

Alexandre Loutovinov, Professeur de l'Académie des Sciences de Russie, Directeur adjoint de la recherche à l'Institut de recherche spatiale, professeur MIPT, et l'un des auteurs de la découverte, mentionné, « La structure des champs magnétiques des étoiles à neutrons est un enjeu fondamental de sa formation et de son évolution. D'une part, la structure dipolaire de l'étoile progénitrice doit être préservée pendant l'effondrement, mais d'autre part, même notre propre Soleil présente des inhomogénéités de champ magnétique local qui se manifestent sous forme de taches solaires. Des structures similaires ont également été théoriquement prédites pour les étoiles à neutrons. C'est formidable de les voir dans des données réelles pour la première fois. Les théoriciens disposeront désormais de nouvelles données factuelles pour leur modélisation, et nous aurons un nouvel outil pour étudier les paramètres des étoiles à neutrons."