Récemment, des astronomes ont observé un événement astronomique rare et intrigant : un magnétar, une étoile morte hautement magnétique, a temporairement pris l’apparence d’un pulsar dans la Voie lactée. Cette découverte, survenue après une puissante explosion de radiations détectée en 2020, a suscité de nombreuses questions et ouvert la voie à de nouvelles recherches sur les processus internes des étoiles à neutrons et les mystères qui entourent les sursauts radio rapides (FRB).
Les étoiles à neutrons : des vestiges stellaires extrêmes
Les étoiles à neutrons sont les résidus compacts de supernovas, des explosions cataclysmiques qui marquent la fin de la vie d’étoiles massives. Dans le détail, une étoile au moins huit fois plus massive que le Soleil qui épuise son carburant pour la fusion nucléaire ne peut plus résister à la gravité et son noyau s’effondre. Cet effondrement déclenche alors une onde de choc qui expulse les couches externes de l’étoile, laissant derrière elle un noyau extrêmement dense et compact. Ce noyau, désormais une étoile à neutrons, contient une masse pouvant atteindre deux fois celle du Soleil, mais comprimée dans une sphère d’environ vingt kilomètres de diamètre.
Les étoiles à neutrons sont des objets fascinants en raison de leur densité inimaginable. Un échantillon de la taille d’un sucre provenant d’une étoile à neutrons pèserait en effet plus d’un milliard de tonnes sur Terre, ce qui est équivalent à deux fois le poids total de l’humanité. En raison de la conservation du moment angulaire, ces étoiles tournent également souvent à des vitesses vertigineuses.
Enfin, lorsqu’une étoile à neutrons possède un champ magnétique extrêmement puissant, elle est appelée magnétar. Les magnétars sont parmi les objets les plus extrêmes de l’Univers, avec des champs magnétiques des milliards de fois plus puissants que ceux générés sur Terre.
Les magnétars et les sursauts radio rapides
Les sursauts radio rapides (FRB) sont des éclairs d’énergie incroyablement puissants, mais de courte durée, souvent détectés à des millions ou des milliards d’années-lumière de la Terre. Leur origine exacte reste mystérieuse, bien que les magnétars aient longtemps été suspectés d’en être les sources principales. Jusqu’à présent, les preuves manquaient cependant pour établir un lien direct entre les FRB et les magnétars.
En avril 2020, un FRB désigné sous le nom de FRB 20200428 a été détecté dans notre propre galaxie, la Voie lactée, pour la première fois. Ce sursaut avait ensuite été directement associé au magnétar SGR J1935+2154, situé à environ 30 000 années-lumière de la Terre. Cette association avait donc renforcé l’hypothèse selon laquelle les FRB détectés à l’extérieur de notre galaxie pourraient également provenir de magnétars. Cependant, une question cruciale restait sans réponse : pourquoi ces sursauts sont-ils si aléatoires et pourquoi certains FRB se répètent-ils alors que d’autres non ?
Un magnétar se transforme en pulsar
Cinq mois après la détection du FRB 20200428, une équipe internationale de chercheurs a découvert que SGR J1935+2154, ce magnétar galactique, se comportait temporairement comme un pulsar. Pour rappel, les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide qui émettent des faisceaux de radiation depuis leurs pôles magnétiques. Ces faisceaux balaient l’Univers comme les rayons d’un phare, ce qui crée une pulsation régulière observable depuis la Terre. Ce comportement est typique des pulsars, mais inhabituel pour un magnétar.
Pour étudier ce phénomène, les chercheurs ont utilisé le radiotélescope FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope) en Chine qui avait également détecté le FRB 20200428. Ils ont découvert que pendant cette phase de pulsar, SGR J1935+2154 émettait des impulsions radio régulières, similaires aux FRB, mais à une échelle bien moindre. FAST a enregistré 795 impulsions en seulement 16,5 heures sur une période de treize jours, révélant une différence marquée entre ces impulsions et le sursaut FRB initial.
Cette différence entre les modes d’émission pourrait fournir des indices cruciaux sur les processus internes des magnétars et sur les mécanismes qui déclenchent les FRB. Le fait que le magnétar ait adopté un comportement de pulsar suggère en effet que les impulsions et les sursauts pourraient provenir de différentes régions de la magnétosphère du magnétar, chacune régie par des mécanismes distincts. Cela pourrait expliquer pourquoi certains FRB se répètent sans montrer de périodicité claire, contrairement aux impulsions régulières des pulsars.
Les recherches ont été publiées le 28 juillet dans la revue Science Advances.
