La vitesse des jets qui jaillissent des étoiles à neutrons mesurée pour la première fois

Des chercheurs ont mis au point une méthode permettant d’évaluer les jets générés par des étoiles à neutrons en phase d’accrétion. Ce résultat, publié dans la revue Nature, suscite l’espoir de résoudre l’énigme de longue date concernant les forces qui propulsent ces jets à des vitesses extraordinaires. Les hypothèses actuelles suggèrent soit l’influence des champs magnétiques entourant l’étoile, soit l’action de l’étoile elle-même.

Comprendre les jets cosmiques

Bien que les jets à haute vélocité soient fréquemment associés aux trous noirs, notamment aux supermassifs au sein des galaxies, il est moins connu que certaines étoiles à neutrons partagent cette caractéristique. Selon Tom Russell, de l’Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica, même les naines blanches peuvent parfois émettre des jets.

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Ces jets proviennent d’étoiles à neutrons en phase d’accrétion, qui attirent et accumulent progressivement de la matière, souvent issue d’une étoile compagne déchirée par leur intense gravité. Bien qu’une minorité d’étoiles à neutrons se trouvent dans cette situation, elles représentent néanmoins plusieurs dizaines de milliers d’instances dans notre galaxie.

La matière du disque d’accrétion s’approche progressivement de l’étoile à neutrons en formant une spirale, jusqu’à être capturée par celle-ci. Russell a décrit ce processus comme remarquablement stable et régulier. Cependant, une fois l’étoile atteinte, la matière s’accumule jusqu’à déclencher une explosion thermonucléaire émettant des rayons gamma et X. La fréquence de ce phénomène varie en fonction du taux d’accrétion et probablement d’autres paramètres liés à l’étoile. Dans le cas de l’étoile à neutrons 4U 1728-34, ces explosions se produisent toutes les quelques heures. 

Une approche innovante pour mesurer la vitesse des jets

L’équipe de Russell a découvert qu’en combinant des observations à différentes longueurs d’onde, il était possible d’utiliser ces explosions pour mesurer la vitesse des jets. Comme l’explique James Miller-Jones, de l’université Curtin et du Centre international de recherche en radioastronomie, l’observation des jets juste après ces explosions permet de calculer leur vitesse en mesurant le temps qu’ils mettent à parcourir une certaine distance.

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Le temps et la distance sont nécessaires pour calculer la vitesse. Russell a fait remarquer que la fréquence d’émission du jet varie en fonction de la distance par rapport à l’étoile. « Grâce à des études antérieures sur les trous noirs et les étoiles à neutrons et à la théorie, nous pouvons déterminer la distance qui correspond à une fréquence particulière », a-t-il déclaré.

Ainsi, pour l’étoile à neutrons 4U 1728-34, l’équipe a obtenu une vitesse de 38 % de la vitesse de la lumière, soit 114 000 kilomètres par seconde. Par rapport aux trous noirs, dont les jets sont censés se déplacer à des vitesses supérieures à 99 % de la vitesse de la lumière, cette valeur est considérablement plus faible. Cet écart s’explique par le fait qu’une étoile à neutrons a une vitesse de fuite beaucoup plus faible.

Les perspectives futures

La recherche future sur d’autres étoiles pourrait permettre une découverte plus importante. « Si l’étoile elle-même est responsable, nous devrions observer une relation directe entre la vitesse d’un jet et le spin d’une étoile à neutrons », a déclaré Russell. La comparaison entre les étoiles à neutrons et les trous noirs est facilitée par le fait que le spin des étoiles à neutrons est beaucoup plus facile à mesurer. Une absence de corrélation indiquerait plutôt un rôle prépondérant des champs magnétiques.

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Cette méthode de mesure, nécessitant l’observation simultanée par deux télescopes, promet d’être réplicable et pourrait faciliter la compréhension des mécanismes à l’œuvre. Dans cette étude, le télescope spatial à rayons gamma Integral et l’ensemble de télescopes Australian Telescope Compact Array ont été utilisés pour recueillir les données nécessaires.

Il est essentiel de comprendre les jets émis par les trous noirs supermassifs, car ils ont le pouvoir d’influencer l’évolution d’une galaxie. Les auteurs notent que « très peu de différences entre les jets émis ont été identifiées, au-delà du fait que les jets semblent être généralement plus brillants dans les systèmes de trous noirs à des luminosités de rayons X similaires, malgré le fait que les trous noirs et les étoiles à neutron ont des caractéristiques physiques profondément différentes, c’est-à-dire un horizon des événements par rapport à une surface stellaire ». Par ailleurs, des chercheurs calculent la vitesse de déplacement maximale des trous noirs.