Le plus jeune pulsar jamais découvert surprend les astronomes

Vue d’artiste d’un magnétar et de ses lignes de champ magnétique. © M. Rebisz
Le télescope spatial Swift de la Nasa a détecté le plus jeune pulsar jamais observé. Cet objet formé par l’explosion d’une étoile massive se distingue de plus par un champ magnétique hors du commun.

Le plus jeune pulsar connu vient d’être découvert : nous le voyons 240 ans après sa formation. L’astre né de l’explosion d’une étoile massive en supernova a été repéré en mars 2020 avec le télescope spatial multispectral Swift (rayons X, UV et visible). L’objet baptisé Swift J1818.0-1607 est très exotique. Cette étoile à neutrons de la masse du Soleil fait seulement 25 km de diamètre et boucle un tour sur elle-même en 1,36 s !

Swift J1818.0-1607 se trouve à environ 15 000 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Sagittaire (nous suivons donc son évolution avec un décalage de 15 000 ans). « Repérer un objet si jeune est extrêmement intéressant. L’explosion qui l’a formé aurait dû être observable sur Terre à l’aube de la Révolution française », souligne Paolo Esposito. Pourtant, il semble que les astronomes de l’époque n’aient rien vu. « Probablement parce que des poussières interstellaires ont masqué la supernova », suppose ce chercheur de l’Institut universitaire des études supérieures de Pavie (Italie).

Un champ magnétique 70 quadrillons de fois plus puissant que celui de la Terre !

L’astre se révèle bien plus qu’un simple pulsar, comme le montre l’étude publiée le 17 juin 2020 par l’équipe de Paolo Esposito dans The Astrophysical Journal Letters. Ces astronomes ont découvert qu’il possède un champ magnétique titanesque, 70 millions de milliards de milliards de fois plus intense que celui de la Terre. Ce pulsar rejoint ainsi le club très restreint des magnétars, une catégorie rassemblant une trentaine de pulsars arborant les champs magnétiques les plus puissants jamais mesurés dans l’Univers.

Un magnétar est le cœur de neutrons laissé par une étoile massive après son explosion, et parcouru par un champ magnétique intense. Illsutration : © ESA

« Les magnétars sont des objets très variables, et certains ne sont détectables que pendant le laps de temps où leur luminosité s’intensifie lors d’une fuite magnétique. Parfois, le champ magnétique interne présent sous la surface du magnétar fuit et interfère avec son champ magnétique externe, ce qui nous permet d’observer des éclats de radiations issues de l’astre. C’est ce qui s’est passé pour Swift J1818.0-1607 », détaille Paolo Esposito.

Un pulsar sous haute surveillance

Un instrument très sensible n’est pas suffisant pour le détecter : il faut aussi savoir où regarder. C’est ainsi que l’on a découvert notre objet : le satellite Swift a localisé une petite fuite lumineuse du magnétar et a immédiatement pointé dans cette direction, trouvant ainsi une source jamais vue auparavant, que nous avons continué d’étudier avec les télescopes spatiaux XMM-Newton et NuSTAR (rayons X), et le radiotélescope de Sardaigne.

Autant d’observatoires et de satellites sont nécessaires à l’observation puisqu’ils ne permettent pas tous de voir l’objet au même moment. « Les satellites ont des orbites différentes, et donc des fenêtres de visibilité sur le magnétar qui varient. Par exemple, XMM-Newton ne pourra pas observer Swift J1818.0-1607 avant septembre, alors que c’est possible pour NuSTAR. Concernant les télescopes terrestres, l’observation dépend de leur localisation, mais aussi de leur longueur d’onde, car avec un télescope optique, nous pouvons le diriger vers la source lorsqu’elle est visible pendant la nuit, alors qu’en radio, nous pouvons l’étudier même en plein jour » , précise Paolo Esposito.

Le magnétar Swift J1818.0−1607 vu par le satellite XMM-Newton. © ESA/P. Esposito et al.

En effet, contrairement à la plupart des magnétars, qui sont seulement observables en rayons X, Swift J1818.0-1607 est l’un des très rares à aussi présenter des pulsations radio. « Le fait qu’il puisse être observé à la foi en ondes radio et en rayons X nous offre un indice important dans le cadre des discussions scientifiques sur les catégories de pulsars », souligne Nanda Rea, de l’Institut des sciences spatiales (IEEC-CSIC) à Barcelone (Espagne).

« Les étoiles à neutrons sont divisées en plusieurs catégories : les “simples” pulsars, les objets indétectables en ondes radio, les magnétars, etc. C’est assez déroutant, d’autant plus que les magnétars ne sont généralement pas visibles en onde radio. Les objets arborant donc des caractéristiques de plus d’une catégorie nous sont indispensables pour comprendre la diversité de physique des étoiles à neutrons », explique Paolo Esposito.

Les magnétars sont-ils vraiment rares ?

Les spécialistes des rayons X suspectent cependant que les magnétars sont en réalité bien moins rares que ce que l’on pense. Cette nouvelle découverte renforce l’idée que, plutôt qu’être exotiques, ils constitueraient une fraction considérable des pulsars trouvés dans la Voie lactée. « Avoir pu observer un magnétar aussi jeune semble conforter cette idée. S'ils étaient rares, la chose serait beaucoup moins probable », explique Alice Borghese, qui a analysé les données avec Francesco Coti Zelati, son collègue de l’Institut des sciences spatiales de Barcelone.

« Les astronomes ont aussi identifié plusieurs magnétars ces dix dernières années, doublant ainsi la population connue. Il est probable qu’ils nous échappent quand ils sont en sommeil et sont seulement repérés lorsqu’ils se réveillent, comme avec Swift J1818.0-1607, qui était bien moins lumineux avant la fuite qui nous a amenés à sa découverte. »

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