Des astronomes trouvent des preuves du pulsar le plus puissant d'une galaxie lointaine

En haut à gauche :Une étoile bleue géante, beaucoup plus massive que notre Soleil, a consommé, par fusion nucléaire en son centre, tout son hydrogène, son hélium et ses éléments plus lourds jusqu'au fer. Il a maintenant un petit noyau de fer (point rouge) en son centre. Contrairement aux premières étapes de la fusion, la fusion des atomes de fer absorbe plutôt qu'elle ne libère de l'énergie. L'énergie libérée par la fusion qui a maintenu l'étoile contre son propre poids a maintenant disparu, et l'étoile va rapidement s'effondrer, déclenchant une explosion de supernova.En haut à droite :l'effondrement a commencé, produisant une étoile à neutrons super dense avec un champ magnétique puissant son centre (encadré). L'étoile à neutrons, bien que contenant environ 1,5 fois la masse du Soleil, n'a qu'environ la taille de Manhattan. En bas à gauche :l'explosion de la supernova a éjecté une coquille de débris se déplaçant rapidement vers l'extérieur dans l'espace interstellaire. À ce stade, la coquille de débris est suffisamment dense pour masquer toute onde radio provenant de la région de l'étoile à neutrons. En bas à droite :à mesure que la coquille de débris d'explosion se dilate sur quelques décennies, elle devient moins dense et finit par devenir suffisamment mince que les ondes radio de l'intérieur peuvent s'échapper. Cela a permis aux observations du VLA Sky Survey de détecter les émissions radio lumineuses créées lorsque le puissant champ magnétique de l'étoile à neutrons en rotation rapide balaie l'espace environnant, accélérant les particules chargées. Ce phénomène est appelé une nébuleuse du vent pulsar. Crédit :Melissa Weiss, NRAO/AUI/NSF

Des astronomes analysant les données du VLA Sky Survey (VLASS) ont découvert l'une des plus jeunes étoiles à neutrons connues, le reste superdense d'une étoile massive qui a explosé en supernova. Les images du Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation indiquent que l'émission radio lumineuse alimentée par le champ magnétique du pulsar en rotation n'a émergé que récemment derrière une enveloppe dense de débris de l'explosion de la supernova.

L'objet, appelé VT 1137-0337, se trouve dans une galaxie naine à 395 millions d'années-lumière de la Terre. Il est apparu pour la première fois dans une image VLASS réalisée en janvier 2018. Il n'apparaît pas dans une image de la même région réalisée par le FIRST Survey du VLA en 1998. Il a continué à apparaître dans les observations VLASS ultérieures en 2018, 2019, 2020 et 2022. .

"Ce que nous voyons très probablement est une nébuleuse du vent pulsar", a déclaré Dillon Dong, diplômé de Caltech, qui commencera une bourse postdoctorale Jansky à l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO) plus tard cette année. Une nébuleuse du vent pulsar est créée lorsque le puissant champ magnétique d'une étoile à neutrons en rotation rapide accélère les particules chargées environnantes jusqu'à presque la vitesse de la lumière.

"Sur la base de ses caractéristiques, il s'agit d'un pulsar très jeune - peut-être aussi jeune que 14 ans, mais pas plus de 60 à 80 ans", a déclaré Gregg Hallinan, conseiller de doctorat de Dong à Caltech.

Les scientifiques ont rapporté leurs découvertes lors de la réunion de l'American Astronomical Society à Pasadena, en Californie.

Dong et Hallinan ont découvert l'objet dans les données de VLASS, un projet NRAO qui a débuté en 2017 pour étudier tout le ciel visible depuis le VLA, soit environ 80 % du ciel. Sur une période de sept ans, VLASS effectue un balayage complet du ciel à trois reprises, avec l'un des objectifs de trouver des objets transitoires. Les astronomes ont trouvé VT 1137-0337 lors du premier balayage VLASS de 2018.

La comparaison de ce balayage VLASS avec les données d'une précédente étude du ciel VLA appelée FIRST a révélé 20 objets transitoires particulièrement lumineux qui pourraient être associés à des galaxies connues.

"Celui-ci s'est démarqué parce que sa galaxie connaît une explosion de formation d'étoiles, et aussi en raison des caractéristiques de son émission radio", a déclaré Dong. La galaxie, appelée SDSS J113706.18-033737.1, est une galaxie naine contenant environ 100 millions de fois la masse du Soleil.

En étudiant les caractéristiques de VT 1137-0337, les astronomes ont envisagé plusieurs explications possibles, notamment une supernova, un sursaut gamma ou un événement de perturbation des marées dans lequel une étoile est déchiquetée par un trou noir supermassif. Ils ont conclu que la meilleure explication est une nébuleuse du vent pulsar.

Images VLA de l'emplacement du VT 1137-0337 en 1998, à gauche, et 2018, à droite. L'objet est devenu visible pour le VLA entre ces deux dates. Crédit :Dong &Hallinan, NRAO/AUI/NSF

Dans ce scénario, une étoile beaucoup plus massive que le Soleil a explosé en supernova, laissant derrière elle une étoile à neutrons. La majeure partie de la masse de l'étoile d'origine a été projetée vers l'extérieur sous forme d'une coquille de débris. L'étoile à neutrons tourne rapidement et, à mesure que son puissant champ magnétique balaie l'espace environnant, elle accélère les particules chargées, provoquant une forte émission radio.

Initialement, l'émission radio était masquée par l'obus de débris d'explosion. Au fur et à mesure que cette coquille s'est agrandie, elle est devenue progressivement moins dense jusqu'à ce que les ondes radio de la nébuleuse du vent pulsar puissent passer à travers.

"Cela s'est produit entre la PREMIÈRE observation en 1998 et l'observation VLASS en 2018", a déclaré Hallinan.

L'exemple probablement le plus célèbre d'une nébuleuse de vent pulsar est la nébuleuse du Crabe dans la constellation du Taureau, le résultat d'une supernova qui a brillé de mille feux en l'an 1054. Le Crabe est facilement visible aujourd'hui dans de petits télescopes.

"L'objet que nous avons trouvé semble être environ 10 000 fois plus énergétique que le crabe, avec un champ magnétique plus fort", a déclaré Dong. "Il s'agit probablement d'un "super crabe" émergent", a-t-il ajouté.

Alors que Dong et Hallinan considèrent que VT 1137-0337 est très probablement une nébuleuse du vent pulsar, il est également possible que son champ magnétique soit suffisamment puissant pour que l'étoile à neutrons soit qualifiée de magnétar, une classe d'objets super-magnétiques. Les magnétars sont l'un des principaux candidats à l'origine des mystérieux sursauts radio rapides (FRB) qui font actuellement l'objet d'études approfondies.

"Dans ce cas, ce serait le premier magnétar pris en flagrant délit d'apparition, et cela aussi est extrêmement excitant", a déclaré Dong.

En effet, certaines rafales radio rapides se sont avérées être associées à des sources radio persistantes, dont la nature est également un mystère. Ils présentent une forte ressemblance dans leurs propriétés avec VT 1137-0337, mais n'ont montré aucune preuve de forte variabilité.

"Notre découverte d'une source très similaire qui s'allume suggère que les sources radio associées aux FRB pourraient également être des nébuleuses de vent à pulsars lumineux", a déclaré Dong.

Les astronomes prévoient de mener d'autres observations pour en savoir plus sur l'objet et surveiller son comportement dans le temps. + Explorer plus loin