Les astronomes du Centre d'excellence de l'ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav) et du CSIRO viennent d'observer bizarre, comportement jamais vu auparavant d'un magnétar radio-fort - un type rare d'étoile à neutrons et l'un des aimants les plus puissants de l'univers.

Leurs nouvelles découvertes, publié aujourd'hui dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society ( MNRAS ), suggèrent que les magnétars ont des champs magnétiques plus complexes qu'on ne le pensait auparavant, ce qui peut remettre en cause les théories sur la façon dont ils naissent et évoluent au fil du temps.

Les magnétars sont un type rare d'étoile à neutrons en rotation avec certains des champs magnétiques les plus puissants de l'univers. Les astronomes n'ont détecté que 30 de ces objets dans et autour de la Voie lactée, la plupart détectés par des télescopes à rayons X à la suite d'une explosion à haute énergie.

Cependant, une poignée de ces magnétars ont également été observées pour émettre des impulsions radio similaires aux pulsars, les cousins ​​moins magnétiques des magnétars qui produisent des faisceaux d'ondes radio à partir de leurs pôles magnétiques. Le suivi de l'évolution des impulsions de ces magnétars radio-forts au fil du temps offre une fenêtre unique sur leur évolution et leur géométrie.

En mars 2020, un nouveau magnétar nommé Swift J1818.0-1607 (J1818 en abrégé) a été découvert après avoir émis un sursaut de rayons X brillant. Des observations de suivi rapides ont détecté des impulsions radio provenant du magnétar. Avec curiosité, l'apparition des impulsions radio de J1818 était assez différente de celles détectées par d'autres magnétars radio-forts.

La plupart des impulsions radio des magnétars maintiennent une luminosité constante sur une large gamme de fréquences d'observation. Cependant, les impulsions de J1818 étaient beaucoup plus brillantes aux basses fréquences qu'aux hautes fréquences, comme ce que l'on voit dans les pulsars, un autre type plus courant d'étoile à neutrons émettrice de radio.

Afin de mieux comprendre comment J1818 évoluerait dans le temps, une équipe dirigée par des scientifiques du Centre d'excellence de l'ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav) l'a observé huit fois à l'aide du radiotélescope CSIRO Parkes (également connu sous le nom de Murriyang ) entre mai et octobre 2020.

Pendant ce temps, ils ont découvert que le magnétar subissait une brève crise d'identité :en mai, il émettait encore les impulsions inhabituelles de type pulsar qui avaient été détectées précédemment; cependant, par Juin, il avait commencé à osciller entre un état brillant et un état faible. Ce comportement clignotant a atteint un pic en juillet, lorsque les astronomes l'ont vu osciller entre des impulsions radio de type pulsar et magnétar.

"Ce comportement bizarre n'a jamais été vu auparavant dans aucun autre magnétar radio-fort, " explique Marcus Lower, auteur principal de l'étude et étudiant au doctorat à l'Université de Swinburne/CSIRO. " Il semble que cela n'ait été qu'un phénomène de courte durée, comme par notre prochaine observation, il s'était installé de façon permanente dans ce nouvel état de type magnétar."

Les scientifiques ont également recherché les changements de forme et de luminosité des impulsions à différentes fréquences radio et ont comparé leurs observations à un modèle théorique vieux de 50 ans. Ce modèle prédit la géométrie attendue d'un pulsar, en fonction de la direction de torsion de sa lumière polarisée.

« D'après nos observations, nous avons constaté que l'axe magnétique de J1818 n'est pas aligné avec son axe de rotation, " dit Lower. " Au lieu de cela, le pôle magnétique radio-émetteur semble être dans son hémisphère sud, situé juste en dessous de l'équateur. La plupart des autres magnétars ont des champs magnétiques alignés avec leurs axes de rotation ou un peu ambigus. C'est la première fois que nous voyons définitivement un magnétar avec un pôle magnétique mal aligné."

Remarquablement, cette géométrie magnétique semble être stable sur la plupart des observations. Cela suggère que tout changement dans le profil d'impulsion est simplement dû aux variations de la hauteur à laquelle les impulsions radio sont émises au-dessus de la surface de l'étoile à neutrons. Cependant, le 1er août ^st L'observation de 2020 s'impose comme une curieuse exception.

"Notre meilleur modèle géométrique pour cette date suggère que le faisceau radio s'est brièvement retourné vers un pôle magnétique complètement différent situé dans l'hémisphère nord du magnétar, " dit Lower.

L'absence manifeste de tout changement dans la forme du profil d'impulsion du magnétar indique que les mêmes lignes de champ magnétique qui déclenchent les impulsions radio « normales » doivent également être responsables des impulsions vues de l'autre pôle magnétique.

L'étude suggère que c'est la preuve que les impulsions radio de J1818 proviennent de boucles de lignes de champ magnétique reliant deux pôles rapprochés, comme ceux que l'on voit reliant les deux pôles d'un aimant en fer à cheval ou des taches solaires sur le soleil. Ceci est différent de la plupart des étoiles à neutrons ordinaires, qui devraient avoir des pôles nord et sud sur les côtés opposés de l'étoile qui sont connectés par un champ magnétique en forme de beignet.

Cette configuration particulière du champ magnétique est également étayée par une étude indépendante des impulsions de rayons X de J1818 qui ont été détectées par le télescope NICER à bord de la Station spatiale internationale. Les rayons X semblent provenir soit d'une seule région déformée de lignes de champ magnétique qui émergent de la surface magnétar, soit de deux plus petites, mais rapprochés, Régions.

Ces découvertes ont des implications potentielles pour les simulations informatiques de la naissance et de l'évolution des magnétars sur de longues périodes de temps, car des géométries de champ magnétique plus complexes modifieront la rapidité avec laquelle leurs champs magnétiques devraient se désintégrer au fil du temps. En outre, les théories qui suggèrent que les sursauts radio rapides peuvent provenir de magnétars devront tenir compte des impulsions radio potentiellement provenant de plusieurs sites actifs dans leurs champs magnétiques.

Attraper un flip entre les pôles magnétiques en action pourrait également offrir la première occasion de cartographier le champ magnétique d'un magnétar.

"Le télescope de Parkes surveillera de près le magnétar au cours de la prochaine année", a déclaré le scientifique et co-auteur de l'étude Simon Johnston, du CSIRO Astronomie et Sciences spatiales.