Des rayons gamma d’énergie record : le mystère du pulsar de Vela s’épaissit

Des scientifiques ont détecté les rayons gamma d’énergie la plus élevée jamais observés provenant d’une étoile morte, appelée pulsar, grâce à l’observatoire H.E.S.S. en Namibie. Cette découverte remet en question notre compréhension des pulsars et ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude de ces objets astrophysiques fascinants.

Qu’est-ce qu’un pulsar ?

Les pulsars sont les vestiges d’étoiles ayant explosé de manière spectaculaire lors d’une supernova. Ces explosions laissent derrière elles une petite étoile morte d’environ 20 kilomètres de diamètre, qui tourne extrêmement rapidement et possède un champ magnétique colossal.

« Ces étoiles mortes sont presque entièrement constituées 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 de Oña Wilhelmi, scientifique du H.E.S.S. et co-auteure de la publication.

Des rayons gamma d’une énergie jamais observée auparavant

Les pulsars émettent des faisceaux rotatifs de rayonnement électromagnétique, un peu comme des phares cosmiques. Si leur faisceau balaie notre système solaire, nous observons des éclairs de rayonnement à intervalles réguliers. Les scientifiques pensent que la source de ce rayonnement provient d’électrons rapides produits et accélérés dans la magnétosphère du pulsar, en se déplaçant vers sa périphérie.

Le pulsar de Vela, situé dans le ciel austral dans la constellation des Voiles, est le pulsar le plus brillant dans la bande radio du spectre électromagnétique et la source persistante de rayons gamma cosmiques la plus brillante dans la gamme des giga-électronvolts (GeV). Il tourne environ onze fois par seconde. Cependant, au-dessus de quelques GeV, son rayonnement s’arrête brusquement, probablement parce que les électrons atteignent la fin de la magnétosphère du pulsar et s’échappent.

Mais ce n’est pas la fin de l’histoire : grâce à des observations approfondies avec H.E.S.S., une nouvelle composante de rayonnement à des énergies encore plus élevées a été découverte, avec des énergies allant jusqu’à des dizaines de téra-électronvolts (TeV).

« C’est environ 200 fois plus énergétique que toute la radiation jamais détectée auparavant provenant de cet objet », indique Christo Venter, co-auteur de l’étude et chercheur à l’Université du Nord-Ouest en Afrique du Sud.

Repenser le fonctionnement des accélérateurs naturels

Cette découverte remet en question notre connaissance des pulsars et nécessite une réflexion sur le fonctionnement de ces accélérateurs naturels.

« Le schéma traditionnel 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 suffisamment nos observations. Peut-être assistons-nous à l’accélération des particules par le processus de reconnexion magnétique au-delà du cylindre de lumière, qui préserve d’une manière ou d’une autre le motif rotationnel ? Mais même ce scénario rencontre des difficultés pour expliquer comment une telle radiation extrême est produite », explique Arache Djannati-Atai, chercheur au laboratoire Astroparticule & Cosmologie (APC) en France, qui a dirigé l’étude.

Un record et de nouvelles perspectives

Le pulsar de Vela détient désormais officiellement le record des rayons gamma d’énergie la plus élevée jamais découverts.

« Cette découverte ouvre une nouvelle fenêtre d’observation pour la détection d’autres pulsars dans la gamme des dizaines de téraélectronvolts avec les télescopes gamma actuels et futurs plus sensibles, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension des processus d’accélération extrême dans les objets astrophysiques hautement magnétisés », conclut Djannati-Atai.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce qu’un pulsar ?

Un pulsar est un vestige d’étoile ayant explosé lors d’une supernova, laissant derrière elle une étoile morte dense et dotée d’un champ magnétique colossal.

2. Comment les pulsars émettent-ils des rayons gamma ?

Les pulsars émettent des faisceaux rotatifs de rayonnement électromagnétique, produits et accélérés dans leur magnétosphère par des électrons rapides.

3. Quelle est la particularité du pulsar de Vela ?

Le pulsar de Vela est le pulsar le plus brillant dans la bande radio du spectre électromagnétique et la source persistante de rayons gamma cosmiques la plus brillante dans la gamme des giga-électronvolts (GeV).

4. Quelle est la découverte majeure concernant le pulsar de Vela ?

Les scientifiques ont découvert une nouvelle composante de rayonnement à des énergies encore plus élevées, atteignant jusqu’à des dizaines de téra-électronvolts (TeV), soit environ 200 fois plus énergétique que toute la radiation précédemment détectée.

5. Quelles sont les implications de cette découverte ?

Cette découverte remet en question notre compréhension des pulsars et nécessite une réflexion sur le fonctionnement de ces accélérateurs naturels, ouvrant la voie à une meilleure compréhension des processus d’accélération extrême dans les objets astrophysiques hautement magnétisés.

Légende illustration principale : Les chercheurs pensent que les particules de lumière infrarouge (photons) provenant des pôles du pulsar sont propulsées à des énergies de rayons gamma (bleu) par des électrons rapides. Crédit : Science Communication Lab for DESY

Article : Nature Astronomy – « Discovery of a Radiation Component from the Vela Pulsar Reaching 20 Teraelectronvolts » – DOI : 10.1038/s41550-023-02052-3