Un amas d'étoiles globulaires dense près du centre de notre galaxie de la Voie lactée contient une ruche bourdonnante de pulsars millisecondes à rotation rapide, selon les astronomes qui ont découvert 21 nouveaux pulsars dans l'amas en utilisant le Robert C. C. de 100 mètres de la National Science Foundation. Terzan 5, détient désormais le record de pulsars, avec 24, dont trois connus avant les observations GBT.
"Nous avons atteint le jackpot lorsque nous avons examiné ce groupe", a déclaré Scott Ransom, astronome à l'Observatoire national de radioastronomie de Charlottesville, en Virginie. «Non seulement ce cluster a beaucoup de pulsars - et nous nous attendons à en trouver encore plus - mais les pulsars qu'il contient sont très intéressants. Ils comprennent au moins 13 dans les systèmes binaires, dont deux sont des éclipses, et les quatre pulsars à rotation la plus rapide connus dans n'importe quel amas globulaire, les deux plus rapides tournant près de 600 fois par seconde, à peu près aussi vite qu'un mélangeur domestique », a ajouté Ransom. . Ransom et ses collègues ont rendu compte de leurs conclusions à la réunion de l'American Astronomical Society à San Diego, en Californie, et dans la revue en ligne Science Express.
Selon les scientifiques, les nombreux pulsars de l'amas d'étoiles devraient fournir de nombreuses informations non seulement sur les pulsars eux-mêmes, mais également sur l'environnement stellaire dense dans lequel ils résident et probablement même sur la physique nucléaire. Par exemple, des mesures préliminaires indiquent que deux des pulsars sont plus massifs que certains modèles théoriques ne le permettraient. «Tous ces pulsars exotiques nous occuperont pendant des années», a déclaré Jason Hessels, étudiant au doctorat à l'Université McGill à Montréal.
Les amas globulaires sont des agglomérations denses pouvant atteindre des millions d'étoiles, qui se sont toutes formées à peu près en même temps. Les pulsars sont des étoiles à neutrons superdenses qui tournent et tourbillonnent des «faisceaux de phares» d'ondes radio ou de lumière. Une étoile à neutrons est ce qui reste après l'explosion d'une étoile massive en supernova à la fin de sa vie.
Les pulsars de Terzan 5 sont le produit d'une histoire complexe. Les étoiles de l'amas se sont formées il y a environ 10 milliards d'années, disent les astronomes. Certaines des étoiles les plus massives de l'amas ont explosé et ont laissé les étoiles à neutrons comme restes après seulement quelques millions d'années. Normalement, ces étoiles à neutrons ne seraient plus considérées comme des pulsars à rotation rapide: leur rotation aurait ralenti à cause de la "traînée" de leurs champs magnétiques intenses jusqu'à ce que l'effet "phare" ne soit plus observable.
Cependant, la concentration dense d'étoiles dans l'amas a donné une nouvelle vie aux pulsars. Au cœur d'un amas globulaire, jusqu'à un million d'étoiles peuvent être regroupées dans un volume qui s'adapterait facilement entre le Soleil et notre étoile la plus proche. Dans des quartiers si proches, les étoiles peuvent passer assez près pour former de nouvelles paires binaires, les séparer et les systèmes binaires peuvent même échanger des partenaires, comme une danse carrée cosmique élaborée. Lorsqu'une étoile à neutrons s'associe à une étoile compagnon «normale», sa forte attraction gravitationnelle peut attirer le matériau du compagnon sur l'étoile à neutrons. Cela transfère également une partie du spin du compagnon, ou moment angulaire, à l'étoile à neutrons, «recyclant» ainsi l'étoile à neutrons en un pulsar milliseconde à rotation rapide. Dans Terzan 5, tous les pulsars découverts tournent rapidement grâce à ce processus.
Les astronomes avaient précédemment découvert trois pulsars dans Terzan 5, à quelque 28 000 années-lumière de la constellation du Sagittaire, mais ils soupçonnaient qu'il y en avait plus. Le 17 juillet 2004, Ransom et ses collègues ont utilisé le GBT et, dans une observation de 6 heures, ont trouvé 14 nouveaux pulsars, le plus jamais trouvé dans une seule observation.
«Cela a été possible en raison de la grande sensibilité du GBT et des nouvelles capacités de notre processeur principal», a déclaré Ingrid Stairs, professeure à l'Université de la Colombie-Britannique à Vancouver. Le processeur, nommé, à juste titre, le Pulsar Spigot, a été construit en collaboration entre le NRAO et le California Institute of Technology. Le processeur, qui génère près de 100 GigaBytes de données par heure, a permis aux astronomes de recueillir et d'analyser les ondes radio sur une large gamme de fréquences (1650-2250 MegaHertz), ajoutant à la sensibilité de leur système.
Entre juillet et novembre 2004, huit autres observations ont découvert sept pulsars supplémentaires dans Terzan 5. De plus, les données des astronomes montrent la présence de plusieurs pulsars supplémentaires qui doivent encore être confirmés.
Les futures études des pulsars dans Terzan 5 aideront les scientifiques à comprendre la nature de l'amas et les interactions complexes des étoiles à son noyau dense. De plus, plusieurs des pulsars offrent un riche rendement de nouvelles informations scientifiques. Les scientifiques soupçonnent qu'un pulsar, qui montre d'étranges éclipses de ses émissions radio, a récemment échangé son compagnon binaire d'origine contre un autre, et deux autres ont des compagnons nains blancs qui, selon eux, pourraient avoir été produits par la collision d'une étoile à neutrons et d'un étoile géante rouge. Les effets subtils observés dans ces deux systèmes peuvent être expliqués par la théorie relativiste générale de la gravité d'Einstein et indiquent que les étoiles à neutrons sont plus massives que certaines théories ne le permettent. Le matériau d'une étoile à neutrons est aussi dense que celui d'un noyau atomique, de sorte que ce fait a des implications pour la physique nucléaire ainsi que pour l'astrophysique.
"Trouver tous ces pulsars a été extrêmement excitant, mais l'excitation ne fait que commencer", a déclaré Ransom. "Maintenant, nous pouvons commencer à les utiliser comme un laboratoire cosmique riche et précieux", a-t-il ajouté.
En plus de Ransom, Hessels and Stairs, l'équipe de recherche comprenait Paulo Freire de l'Observatoire Arecibo de Porto Rico, Fernando Camilo de l'Université Columbia, Victoria Kaspi de l'Université McGill et David Kaplan du Massachusetts Institute of Technology.
L'Observatoire national de radioastronomie est un établissement de la National Science Foundation, exploité en vertu d'un accord de coopération par Associated Universities, Inc. La recherche sur les pulsars a également été soutenue par la Fondation canadienne pour l'innovation, la recherche en sciences et en génie Canada, la Fondation québécoise pour la recherche sur la nature et technologie, l'Institut canadien de recherches avancées, le Programme des chaires de recherche du Canada et la National Science Foundation.
Source originale: Communiqué de presse de l'ORANO
