Quelle est cette explosion « extraordinaire » provenant de l’espace profond ?

L’espace est le lieu d’événements titanesques. Par exemple, une étude publiée en octobre 2019 donnait quelques détails sur une éruption survenue en plein centre de la Voie lactée, il y a 3,5 millions d’années. La Nasa a récemment enregistré un autre événement massif : une énorme explosion thermonucléaire provenant de l’espace profond.

C’est le télescope orbital NICER qui a détecté cet événement cosmique, lorsque, le 21 août 2019, ses détecteurs ont enregistré un pic énorme de rayons X. La Nasa précise qu’un tel pic établit un nouveau record tant l’explosion est « extraordinaire ». En seulement vingt secondes, la source du rayonnement a émis autant d’énergie et de luminosité que le soleil en 10 jours. Les chercheurs précisent les détails de l’événement dans un communiqué et dans The Astrophysical Journal Letters. Ils connaissent la source des rayons X : un pulsar.

Modélisation d'un pulsar par la Nasa.

Source : Nasa Goddard

Un pulsar à 11 000 années-lumière

Toutes les étoiles ne meurent pas de la même façon. Les plus massives, autour d’une dizaine de masses solaires voire plus, provoquent des supernovae caractéristiques. L’immense explosion va projeter toute la matière de l’étoile dans l’espace, mais son cœur va plutôt s’effondrer sous son propre poids. Il va se comprimer à l’extrême, jusqu’à une masse de millions de tonnes par centimètre cube. Il en résulte une étoile à neutrons, sorte de résidu compact de l’étoile massive d’origine.

Ce résidu fait la masse du Soleil, tout en étant très petit… parfois seulement une dizaine de kilomètres de rayon (soit 70 000 fois moins que le Soleil). C’est donc un astre très dense et les forces gravitationnelles y sont si fortes qu’une haute dose de neutrons y est maintenue ensemble dans le noyau. Son intérieur est donc supraconducteur et elle émet un fort champ magnétique.

Les pulsars sont une catégorie d’étoiles à neutrons dont la spécificité est de tourner très rapidement sur elle-même : une révolution totale peut mettre une seconde, voire quelques millisecondes. Contrairement à ce que leur nom indique, les pulsars n’émettent pas réellement des « pulsations ». Il s’agit de pic de chaleur, à leurs pôles, qui provoquent l’émission de rayonnement gamma. Mais puisque l’étoile tourne, ces émissions entrent dans notre champ d’observation par à-coups. Résultat, les pulsars sont souvent décrits comme des sortes de phares cosmiques, puisqu’ils émettent une lumière régulière qui apparaît et disparaît très rapidement.

Le pulsar récemment observé par la Nasa est situé à 11 000 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Sagittaire. Nommé J1808, il tourne à une vitesse de 407 rotations par seconde. Observer des événements uniques comme cette explosion record est une chance pour les chercheurs : la densité des pulsars est telle que l’étude de leur intérieur est très complexe. Lorsqu’un événement aussi puissant se produit, cela offre un accès à quelques informations sur leur physique.

À partir de leur observation, les astronomes de la Nasa pensent que l’explosion a été causée par de l’hélium. Celui-ci a été généré par les disques d’accrétion de gaz autour de l’étoile à neutrons. En se densifiant, le gaz se « ionise ». L’énergie est piégée plus facilement et, à mesure que la densification augmente, la température et la pression augmentent également. Il en résulte que les noyaux d’hydrogène fusionnent en noyaux d’hélium. L’hélium forme une couche qui pénètre progressivement la surface du pulsar. Cette pénétration fusionne les noyaux d’hélium en carbone. Puis, enfin, cette fusion finit par libérer d’un coup de l’hélium, générant l’immense explosion thermonucléaire qui a été enregistrée.

L’observatoire NICER a détecté différentes phases dans la luminosité émise par le pulsar durant l’événement. Pour les chercheurs, il est clair que ces phases correspondent à l’explosion de différentes couches de l’astre lorsque l’hélium s’est libéré. Étudier la nature de ces couches et dans quel ordre elles ont été projetées dans l’espace permet aux astronomes d’étudier plus en profondeur la physique thermonucléaire de ce pulsar, pour mieux comprendre ces astres.