L'astronome Roberto Caiozzo, de l'École internationale d'études avancées de Trieste, en Italie, a dirigé un groupe examinant le problème du pulsar manquant. "Nous n'observons aucun pulsar d'aucune sorte dans cette région intérieure (à l'exception du magnétar PSR J1745-2900)", a-t-il écrit dans un e-mail.

"On pensait que cela était dû à des limitations techniques, mais l'observation du magnétar semble suggérer le contraire." Ce magnétar orbite autour de Sagittaire A*, le trou noir au cœur de la Voie Lactée.

L'équipe a examiné d'autres raisons possibles pour lesquelles les pulsars n'apparaissent pas dans le noyau et a examiné de près la formation des magnétars ainsi que les perturbations des étoiles à neutrons. Une idée intéressante qu'ils ont examinée était la cannibalisation des trous noirs primordiaux par les étoiles à neutrons.

L’équipe a exploré le problème des pulsars manquants en posant la question suivante :le cannibalisme des étoiles à neutrons et des trous noirs primordiaux pourrait-il expliquer l’absence de pulsars millisecondes détectés au cœur de la Voie lactée ? Examinons les principaux acteurs de ce mystère pour comprendre si cela pourrait arriver.

Étoiles à neutrons, pulsars et petits trous noirs, oh mon Dieu

La théorie suggère que les trous noirs primordiaux ont été créés dans les premières secondes qui ont suivi le Big Bang. "L'existence des PBH n'est pas connue", souligne Caiozzo, "mais ils semblent expliquer certains phénomènes astrophysiques importants." Il a souligné l'idée que les trous noirs supermassifs semblaient exister très tôt dans l'univers et a suggéré qu'ils auraient pu être les graines de ces monstres.

S’il existe des PHB, le prochain télescope romain Nancy Grace pourrait aider à les trouver. Les astronomes prédisent qu’ils pourraient exister dans une gamme de masses, allant de la masse d’une épingle à environ 100 000 fois celle du soleil. Il pourrait y en avoir une gamme intermédiaire au milieu, les PBH dits « de masse d’astéroïdes ». Les astronomes suggèrent ces derniers comme candidats à la matière noire.

La matière noire représente environ 27 % de l'univers, mais au-delà de suggérer que le PBH pourrait faire partie du contenu de la matière noire, les astronomes ne savent toujours pas exactement de quoi il s'agit. Il semble y en avoir une grande quantité au cœur de notre galaxie. Cependant, il n’a pas été observé directement, sa présence est donc déduite. Est-ce lié à ces PBH de milieu de gamme ? Personne ne le sait.

Le troisième acteur dans ce mystère des pulsars disparus sont les étoiles à neutrons. Ce sont d’énormes boules tremblantes de neutrons laissées après la mort d’une étoile supergéante entre 10 et 25 masses solaires. Les étoiles à neutrons commencent très chaudes (de l'ordre de 10 millions de K) et se refroidissent avec le temps.

Ils commencent à tourner très vite et génèrent des champs magnétiques. Certains émettent des faisceaux de rayonnement (généralement en radiofréquences) et lorsqu'ils tournent, ces faisceaux apparaissent comme des « impulsions » d'émission. Cela leur a valu le surnom de « pulsar ». Les étoiles à neutrons dotées de champs magnétiques extrêmement puissants sont appelées « magnétars ».

Le problème du pulsar manquant

Les astronomes ont fouillé le cœur de la Voie lactée à la recherche de pulsars sans grand succès. Enquête après enquête, aucun pulsar radio n'a été détecté dans les 25 parsecs internes du noyau de la galaxie. Pourquoi donc? Caizzo et ses co-auteurs ont suggéré dans leur article, publié sur arXiv serveur de préimpression, que la formation de magnétars et d'autres perturbations des étoiles à neutrons qui affectent la formation des pulsars n'expliquent pas exactement l'absence de ces objets dans le noyau galactique.

"Une formation efficace de magnétars pourrait expliquer cela (en raison de leur durée de vie plus courte)", a-t-il déclaré, "Mais il n'y a aucune raison théorique de s'attendre à cela. Une autre possibilité est que les pulsars soient perturbés d'une manière ou d'une autre."

Habituellement, une perturbation se produit dans les systèmes d’étoiles binaires où une étoile est plus massive que l’autre et explose comme une supernova. L'autre étoile peut ou non exploser. Quelque chose pourrait l’exclure complètement du système. L'étoile à neutrons survivante devient un pulsar « perturbé ». Ils ne sont pas aussi faciles à observer, ce qui pourrait expliquer le manque de détections radio.

Si le compagnon n'est pas expulsé et gonfle ensuite, sa matière est aspirée par l'étoile à neutrons. Cela fait tourner l’étoile à neutrons et affecte le champ magnétique. Si la deuxième étoile reste dans le système, elle explose plus tard et devient une étoile à neutrons. Le résultat est une étoile à neutrons binaire. Cette perturbation peut aider à expliquer pourquoi le noyau galactique semble dépourvu de pulsars.

Utiliser la capture d'un trou noir primordial pour expliquer la disparition des pulsars

L'équipe de Caizzo a décidé d'utiliser des modèles bidimensionnels de pulsars millisecondes, c'est-à-dire des pulsars tournant extrêmement rapidement, comme moyen d'étudier la possibilité d'une capture d'un trou noir primordial dans le noyau galactique.

Le processus fonctionne comme ceci :un pulsar milliseconde interagit d’une manière ou d’une autre avec un trou noir primordial qui a moins d’une masse stellaire. Finalement, l’étoile à neutrons (qui a une attraction gravitationnelle suffisamment forte pour attirer le PBH) capture le trou noir. Une fois que cela se produit, le PBH coule au cœur de l’étoile à neutrons. À l'intérieur du noyau, le trou noir commence à accumuler de la matière provenant de l'étoile à neutrons.

Finalement, tout ce qui reste est un trou noir avec à peu près la même masse que l'étoile à neutrons d'origine. Si cela se produit, cela pourrait aider à expliquer le manque de pulsars dans les parsecs internes de la Voie Lactée.

Est-ce que cela pourrait arriver ? L’équipe a étudié les taux possibles de capture des PBH par les étoiles à neutrons. Ils ont également calculé la probabilité qu’une étoile à neutrons donnée s’effondre et évalué le taux de perturbation des pulsars dans le noyau galactique. Si tous les pulsars perturbés ne font pas ou ne faisaient pas partie de systèmes binaires, cela laisse la capture d’étoiles à neutrons des PBH comme une autre façon d’expliquer le manque de pulsars dans le cœur. Mais est-ce que cela arrive dans la réalité ?

La tension du pulsar manquant continue

Il s’avère qu’un tel cannibalisme ne peut pas expliquer le problème du pulsar manquant, selon Caizzo. "Nous avons constaté que dans notre modèle actuel, les PBH ne sont pas capables de perturber ces objets, mais cela ne prend en compte que notre modèle simplifié d'interactions à deux corps", a-t-il déclaré. Cela n'exclut pas l'existence de PHB, mais seulement que dans des cas spécifiques, une telle capture ne se produit pas.

Alors, que reste-t-il à examiner ? S'il y a des PHB dans les cœurs et qu'ils fusionnent, personne ne les a encore vus. Mais le centre de la galaxie est un endroit très fréquenté. De nombreux corps envahissent les parsecs centraux. Vous devez calculer les effets de tous ces objets interagissant dans un si petit espace. Ce problème de « dynamique à N corps » doit tenir compte d'autres interactions, ainsi que de la dynamique et de la capture des PBH.

Les astronomes cherchant à utiliser les fusions d'étoiles à neutrons PBH pour expliquer le manque d'observations de pulsars au cœur de la galaxie devront mieux comprendre à la fois les observations proposées et les populations plus importantes de pulsars.

L’équipe suggère que les futures observations d’anciennes étoiles à neutrons proches de Sgr A* pourraient être très utiles. Ils contribueraient à fixer des limites plus strictes sur le nombre de PBH dans le noyau. De plus, il serait utile d'avoir une idée des masses de ces PBH, puisque ceux situés à l'extrémité inférieure (types de masse d'astéroïdes) pourraient interagir de manière très différente.