À environ 24 000 années-lumière de la Terre, dans la constellation de Cassiopée, se trouve une étoile morte qui ne devrait pas exister… selon nos théories actuelles. L’étoile à neutrons, qui accrète (accumule) le matériau d’une compagne binaire beaucoup plus grande, crache des jets relativistes, un faisceau étroit de matière projeter à une vitesse proche de celle de la lumière.

Image d’entête : représentation artistique de l’étoile Swift J0243.6+6124, qui est la première étoile à neutrons hautement magnétique connue pour abriter un jet aussi puissant. (ICRAR/ Université d’Amsterdam)

Pour la première fois, les astronomes ont été témoins d’un jet de matière se déplaçant rapidement à partir d’une étoile à neutrons dont le champ magnétique est extrêmement puissant, environ 10 milliard de fois plus puissant que celui du Soleil. Cette découverte surprenante a non seulement pris les chercheurs au dépourvu, mais les force aussi à repenser fondamentalement leurs théories actuelles sur la formation des jets dans le cosmos.

Les astronomes sont depuis longtemps fascinés par les étoiles à neutrons, qui sont les noyaux super denses qui subsistent lorsqu’une étoile massive explose de façon spectaculaire. Ces étoiles sont si compactes que si notre Soleil était comprimé à la densité d’une étoile à neutrons, sa largeur ne serait que d’environ 15 km (le Soleil fait environ 1 392 000 km de largeur). Avec tant de matière entassée dans un si petit espace, les étoiles à neutrons ont une attraction gravitationnelle intense près de leur surface qui n’est rivalisée que par les trous noirs.

Dans une nouvelle étude, une équipe de chercheurs a utilisé un radiotélescope appelé le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) pour observer et analyser une étrange étoile à neutrons nommée Swift J0243.6+6124 (SW J0243). Cet objet a été découvert pour la première fois grâce à une explosion inattendue et lumineuse qui a été captée par le télescope spatial Swift de la NASA en octobre 2017.

En surveillant l’évolution des rayons X et des émissions radio de l’objet après l’explosion, les chercheurs ont pu déterminer que l’étoile à neutrons subtilise probablement du matériel à une étoile massive et proche qui l’accompagne pour le condenser sur un disque tournant, le disque d’accrétion. En retour, les interactions entre le disque d’accrétion et les lignes de champ magnétique de l’étoile à neutrons conduisent à la production de puissants jets aux pôles de celle-ci, qui crachent la matière à presque la vitesse de la lumière.

Le fait qu’une étoile à neutrons soit le siège de tels jets n’est pas une surprise en soi, mais selon l’auteur principal de l’étude, Jakob van den Eijnden de l’université d’Amsterdam :

Nous avons vu des jets venant de tous les types d’étoiles à neutrons qui soutirent du matériel de leurs compagnons. Mais nous n’avons jamais vu un jet venant d’une étoile à neutrons avec un champ magnétique si puissant.

Selon la théorie actuelle, les étoiles à neutrons avec des champs magnétiques extrêmement intenses comme SW J0243 ne devraient pas être capables de produire de tels jets. Nos théories fonctionnelles, appuyées par des décennies d’observations, suggèrent que les champs magnétiques extrêmement puissants devraient dominer et empêcher la formation de jets autour des étoiles à neutrons. Mais, selon van den Eijnden :

Notre découverte d’un jet dans le SW J0243 réfute cette idée de longue date.

Toutefois, comme le soulignent les auteurs dans leur document, il reste encore beaucoup de travail à faire. Avant de pouvoir éliminer toutes les autres explications possibles des jets apparents, qui vont des vents stellaires intenses aux ondes de choc à l’intérieur du disque d’accrétion, ils doivent recueillir davantage de preuves par des observations pour prouver que ces jets existent vraiment.

Mais, selon la coauteure Nathalie Degenaar, si leurs résultats sont confirmés (ou si d’autres jets sont observés autour d’autres étoiles à neutrons fortement magnétiques) :

Cette découverte nous oblige non seulement à revoir nos idées sur les jets de ces systèmes, mais ouvre aussi de nouveaux domaines de recherche passionnants.

L’étude publiée dans Nature : An evolving jet from a strongly magnetized accreting X-ray pulsar et présentée sur le site de l’ICRAR : Neutron Star Jets Shoot Down Theory.