Les scientifiques ont découvert les rayons gamma les plus énergétiques jamais émis par un pulsar

Des scientifiques utilisant l’observatoire HESS en Namibie ont détecté les rayons gamma les plus énergétiques jamais émis par une étoile morte appelée pulsar. L’énergie de ces rayons gamma était de 20 TeV, soit environ 10 000 milliards de fois l’énergie de la lumière visible. Il est difficile de concilier cette observation avec la théorie de la production de rayons gamma pulsés, comme l’a rapporté l’équipe internationale dans la revue. Astronomie naturelle.

Les pulsars sont les restes d’étoiles qui ont explosé de façon spectaculaire en supernova. Les explosions laissent derrière elles une petite étoile morte d’environ 20 kilomètres de diamètre seulement, tournant très rapidement et dotée d’un énorme champ magnétique.

« Ces étoiles mortes sont composées presque entièrement de neutrons et sont incroyablement denses : une cuillère à café de leur matière a une masse de plus de cinq milliards de tonnes, soit environ 900 fois la masse de la Grande Pyramide de Gizeh », explique Emma Dee, scientifique au HESS. Una Wilhelmi, co-auteur de la publication qui travaille à DESY.

Les pulsars émettent des faisceaux rotatifs de rayonnement électromagnétique, un peu comme des phares cosmiques. Si son faisceau traverse notre système solaire, nous observons des éclairs de rayonnement à intervalles réguliers. Ces éclairs, également appelés impulsions de rayonnement, peuvent être recherchés dans différentes plages d’énergie du spectre électromagnétique.

Les scientifiques pensent que la source de ce rayonnement est constituée d’électrons rapides qui sont produits et accélérés dans la magnétosphère du pulsar, à mesure qu’il se déplace vers son environnement. La magnétosphère est constituée de plasma et de champs électromagnétiques qui entourent l’étoile et coorbitent avec elle.

« Lors de leur voyage vers l’extérieur, les électrons gagnent de l’énergie et la libèrent sous la forme de faisceaux de rayonnement observés », explique Bronek Rudak du Centre d’astronomie Nicolas Copernic (CAMK PAN) en Pologne, également co-auteur.

Situé dans le ciel austral dans la constellation Vela (Voilier), le pulsar Vela est le pulsar le plus brillant dans la gamme radio du spectre électromagnétique et la source stationnaire la plus brillante de rayons gamma cosmiques dans la gamme des gigaélectronvolts (GeV). Il tourne environ onze fois par seconde. Cependant, au-delà de quelques GeV, son rayonnement s’arrête brusquement, peut-être parce que les électrons atteignent l’extrémité de la magnétosphère du pulsar et s’en échappent.

Mais ce n’est pas la fin de l’histoire : grâce à des observations approfondies avec HESS, un nouveau composant radioactif a été détecté à des énergies encore plus élevées, avec des énergies allant jusqu’à plusieurs dizaines de téraélectronvolts (TeV).

« C’est environ 200 fois plus puissant que tous les rayonnements précédemment détectés par cet objet », explique le co-auteur Christo Venter de l’Université du Nord-Ouest en Afrique du Sud. Cette composante de très haute énergie apparaît aux mêmes périodes de phase que celle observée dans la bande du GeV. Cependant, pour obtenir ces énergies, les électrons devront peut-être voyager plus loin que la magnétosphère, mais le modèle d’émission de spin doit rester intact.

« Ce résultat remet en question nos connaissances antérieures sur les pulsars et nécessite de repenser le fonctionnement de ces accélérateurs naturels », déclare Arash Janati Atay du Laboratoire de particules et de cosmologie (APC) en France, qui a dirigé la recherche.

« Le schéma conventionnel selon lequel les particules sont accélérées le long des lignes de champ magnétique à l’intérieur ou légèrement à l’extérieur de la magnétosphère ne peut pas expliquer de manière adéquate nos observations. Peut-être voyons-nous des particules accélérées par un processus dit de reconnexion magnétique en dehors du cylindre de lumière, qui est encore quelque peu « , soutient modèle de rotation ? « Mais même ce scénario a du mal à expliquer comment un rayonnement aussi intense pourrait être produit. »

Quelle que soit l’explication, avec ses autres variantes supérieures, le pulsar de Vela détient désormais officiellement le record du pulsar possédant l’énergie de rayons gamma la plus élevée jamais découverte.

« Cette découverte ouvre une nouvelle fenêtre d’observation pour détecter d’autres pulsars dans la gamme des dizaines de TeV à l’aide de télescopes à rayons gamma plus sensibles, existants et à venir, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension des processus d’accélération extrêmes dans les objets astrophysiques hautement magnétisés. » Janati Atay dit.