Une curieuse étoile à neutrons, située dans un système binaire, oscille entre un régime d’accrétion, où elle émet des rayons X, et un mode pulsar, émettant alors des ondes radio.
Distante de 18 000 années-lumière, l’étoile à neutrons PSR J1824-2452I/IGR J18245-2452 brille par son comportement étrange : elle émet alternativement, à quelques semaines d'intervalle, des ondes radio et du rayonnement X. L’équipe d'Alessandro Papitto, de l’Institut de sciences spatiales de Barcelone, a découvert cette source de rayonnement X dans les données du satellite INTEGRAL. Des observations avec les télescopes spatiaux Swift et Chandra ont révélé qu'il s'agit d'une étoile à neutrons qui accrète de la matière arrachée à son étoile compagnon. Mais la position de l'étoile, sa vitesse de rotation et sa période orbitale suggèrent qu’il s’agit d'un astre qui avait déjà été détecté en 2005, et qui émettait alors des ondes radio ! Il s’agit de la première observation d'une étoile qui oscille entre l'état de pulsar radio et celui d'émetteur de rayonnement X.
Quelle est l'explication de ce curieux phénomène ? Les étoiles à neutrons sont des astres très compacts et très petits : elles rassemblent une masse supérieure à celle du Soleil dans une boule d’un rayon d'environ 10 kilomètres ! Certaines résident dans un système binaire, accompagnées le plus souvent d'une étoile normale. Le vent stellaire et la matière de ce compagnon, arrachés par l’attraction gravitationnelle de l’étoile à neutrons, se regroupent dans un disque d'accrétion autour de cette dernière. La friction au sein de ce disque échauffe la matière, qui émet alors un rayonnement X intense. Dans la plupart des systèmes binaires, cette situation relativement stable perdure plusieurs millions d’années.
Certaines étoiles à neutrons sont en rotation ultrarapide, avec des périodes de rotation de quelques millisecondes. En raison de leur champ magnétique intense, elles émettent en outre deux faisceaux d'ondes radio dans des directions opposées, qui balayent périodiquement l’espace à la manière d'un phare. On parle alors de pulsar. Mais lorsqu'il y a présence d'un disque d’accrétion serré (à moins de 300 kilomètres de la surface), l’accélération des électrons, au cœur du processus d’émission radio, est gênée. Ainsi, un pulsar ne peut jamais émettre simultanément des ondes radio et du rayonnement X.
Selon la théorie usuelle, une étoile à neutrons accrète la matière de son étoile compagnon pendant des millions d’années, ce qui accélère progressivement sa rotation, jusqu'à atteindre une période de quelques millisecondes. Une fois la phase d’accrétion terminée, l’étoile à neutrons émet à nouveau des faisceaux d'ondes radio. Ce lien entre les étoiles à neutrons émettrices de rayonnement X et celles émettrices d'ondes radio avait été proposé il y a plus de 30 ans.
L’étoile à neutrons PS J1824-2452I/IGR J18245-2452 est le premier objet connu qui oscille entre ces deux régimes. Et à la surprise des astronomes, la période d’émission de rayons X a duré au plus quelques mois, tandis que la transition d’un régime à l’autre s'est déroulée en quelques jours à peine !
Pourquoi une telle variabilité ? Selon A. Papitto et ses collègues, l’étoile à neutrons J1824-2452I serait juste dans la période de transition entre les deux régimes. La masse du compagnon de l'étoile à neutrons est de l’ordre d’un cinquième de celle du Soleil. En conséquence, le flux de matière serait faible, de l’ordre de 10–14 masse solaire par an. Le champ magnétique de l’étoile à neutrons serait ainsi assez intense pour empêcher, dans un premier temps, la matière de s’effondrer sur l’étoile. Maintenue à une certaine distance, la matière n'est pas assez accélérée et chauffée pour émettre des rayons X. Dans ce régime, l'étoile à neutrons se comporte comme un pulsar radio ordinaire. Mais après un certain temps, l’accumulation de matière arrachée au compagnon finit par vaincre le champ magnétique. Un disque d'accrétion se forme, accompagné de l'émission de rayons X. Jusqu'à ce que la matière en accrétion se raréfie et que le cycle reprenne... Les observations montrent qu’en l’espace d’un mois, l'émission X cesse et est remplacée après quelques semaines par une émission radio.
L’analyse de mesures plus anciennes a confirmé que cette étoile à neutrons a connu plusieurs épisodes de changement rapide de régime. PSR J1824-2452I/IGR J18245-2452 nous révèle ainsi comment s’opère la transition entre deux comportements très différents d’un système binaire constitué d’un pulsar et d’un compagnon de faible masse.
http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actu-32154-une-etoile-a-neutrons-versatile.php
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