Les étoiles extrêmes partagent des propriétés uniques qui pourraient fournir un lien vers des sources mystérieuses

Une équipe de recherche internationale dirigée par Michael Kramer et Kuo Liu de l’Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn, en Allemagne, a étudié les magnétars pour découvrir une loi sous-jacente qui semble s’appliquer universellement aux étoiles à neutrons.

Cette loi donne un aperçu de la façon dont ces sources produisent des émissions radio et peut fournir un lien avec les mystérieux éclairs de lumière radio, les sursauts radio rapides, qui proviennent du cosmos lointain. Leur étude est publiée dans Astronomie naturelle.

Les étoiles à neutrons sont les noyaux effondrés d’étoiles massives, concentrant jusqu’à deux fois la masse du soleil dans une sphère de moins de 25 km de diamètre. En conséquence, la matière qui s’y trouve est la matière la plus dense de l’univers observable, transformant les électrons et les protons en neutrons, d’où son nom. Plus de 3 000 étoiles à neutrons peuvent être observées sous forme de pulsars radio, lorsqu’elles émettent un faisceau radio visible sous forme de signal pulsé depuis la Terre, lorsque le pulsar en rotation dirige sa lumière vers nos télescopes.

Le champ magnétique des pulsars est déjà mille milliards de fois plus puissant que le champ magnétique de la Terre, mais il existe un petit groupe d’étoiles à neutrons qui ont des champs magnétiques encore 1 000 fois plus forts. Ce sont ce qu’on appelle les magnétars. Sur la trentaine de magnétars connus, six émettent des émissions radio, au moins occasionnellement. Il a été suggéré que les magnétars extragalactiques seraient à l’origine des sursauts radio rapides (FRB).

Pour étudier ce lien, des chercheurs de l’Institut Max Planck de radioastronomie (MPIfR), avec l’aide de collègues de l’Université de Manchester, ont inspecté en détail les impulsions individuelles des magnétars et ont détecté des sous-structures. Il s’avère qu’une structure d’impulsion similaire a également été observée dans les pulsars, les pulsars millisecondes à rotation rapide, et dans d’autres sources d’étoiles à neutrons connues sous le nom de transitoires radio rotatifs.

À leur grande surprise, les chercheurs ont découvert que l’échelle de temps des magnétars et celle des autres types d’étoiles à neutrons suivent toutes la même relation universelle, s’adaptant exactement à la période de rotation. Le fait qu’une étoile à neutrons avec une période de rotation inférieure à quelques millisecondes et une autre avec une période de près de 100 secondes se comportent comme des magnétars suggère que l’origine intrinsèque de la structure des sous-impulsions doit être la même pour toutes les étoiles à neutrons radio-fortes.

Cela révèle des informations sur le processus plasmatique responsable de l’émission radio elle-même et offre la possibilité d’interpréter des structures similaires observées dans les FRB comme le résultat d’une période de rotation correspondante.

“Lorsque nous avons décidé de comparer l’émission du magnétar avec celle des FRB, nous nous attendions à des similitudes”, explique Michael Kramer, premier auteur de l’article et directeur du MPIfR. “Ce à quoi nous ne nous attendions pas, c’est que toutes les étoiles à neutrons radioélectriques partagent cette échelle universelle.”

“Nous nous attendons à ce que les magnétars soient alimentés par l’énergie du champ magnétique, tandis que les autres sont alimentés par leur énergie de rotation”, explique Kuo Liu. “Certains sont très vieux, d’autres très jeunes, et pourtant tous semblent suivre cette loi.”

Gregory Desvignes déclare : “Nous avons observé les magnétars avec le radiotélescope de 100 m à Effelsberg et comparé nos résultats également aux données d’archives, car les magnétars n’émettent pas d’émission radio tout le temps.”

“Comme l’émission radio du magnétar n’est pas toujours présente, il faut être flexible et réagir rapidement, ce qui est possible avec des télescopes comme celui d’Effelsberg”, explique Ramesh Karuppusamy.

Pour Ben Stappers, co-auteur de l’étude, l’aspect le plus excitant du résultat est la connexion possible aux FRB. “Si au moins certains FRB proviennent de magnétars, l’échelle de temps de la sous-structure dans le sursaut pourrait alors nous indiquer la période de rotation de la source magnétar sous-jacente. Si nous trouvons cette périodicité dans les données, ce serait une étape importante dans l’explication de ce type de FRB comme sources radio.”

“Avec ces informations, la recherche est lancée”, déclare Kramer.