L'évolution des pulsars à milliseconde

Les Pulsars à millisecondes (MSP) sont un type spécial d’étoile à neutrons qui tournent super vite. Les Étoiles à neutrons sont des restes denses laissés après l'explosion d'une étoile massive en supernova. Un MSP se forme quand il absorbe du matos d'une étoile compagne, ce qui le fait tourner plus vite. Ce truc s'appelle le recyclage. Pendant cette phase, le système est souvent visible comme un binaire X, ce qui veut dire qu'il émet des rayons X quand l'étoile à neutrons tire du matériel de sa compagne.

#Qu'est-ce qui rend les MSP uniques ?

Un exemple de MSP est PSR J1402+13. Ce pulsar est intéressant parce qu'il a un temps de rotation spécifique et un changement dans son temps de rotation au fil du temps, connu comme la dérivée du temps de rotation. En général, les MSP ont de petites variations dans leur temps de rotation, mais PSR J1402+13 est différent. Cet article discute de comment l'évolution des MSP peut mener à de grandes dérivées de temps de rotation et quels facteurs influencent cela.

#Le rôle des Systèmes binaires

Dans un système binaire, où deux étoiles orbite l'une autour de l'autre, une étoile à neutrons peut tirer du matériel de son étoile compagne. En faisant ça, l'étoile à neutrons tourne plus vite. Selon la masse de l'étoile compagne, le système peut sembler soit un binaire X à haute masse, soit un binaire X à basse masse. Actuellement, il y a plus de 3,300 pulsars connus, dont environ 530 identifiés comme MSP. Certains de ces MSP switchent entre deux états : alimenté par rotation et alimenté par accrétion, montrant un lien fort entre les MSP radio et certains binaires X.

#L'évolution d'un MSP

Le comportement de rotation des MSP est super important pour étudier la nature des étoiles à neutrons. Les changements dans leur rotation peuvent donner des infos sur les propriétés physiques des étoiles à neutrons et l'évolution des binaires X. Quand l'étoile à neutrons absorbe du matériel, elle peut accélérer ou ralentir en fonction de plusieurs facteurs, y compris le taux de Transfert de Masse de l'étoile compagne.

Il y a trois comportements principaux d’un MSP selon le taux de transfert de masse :

1. Diminution de rotation radio : L’étoile à neutrons ralentit sa rotation.
2. Diminution de rotation par hélice : L’étoile à neutrons est dans une phase où elle repousse le matériel plutôt que de l’absorber.
3. Accélération par accrétion : L’étoile à neutrons tire du matériel et accélère sa rotation.

Ces comportements sont influencés par la masse transférée de l'étoile compagne et la force du champ magnétique de l’étoile à neutrons. Quand le transfert de masse ralentit ou s'arrête, le système peut devenir un pulsar radio.

#Le problème de la natalité

Malgré les progrès dans la compréhension des MSP, il y a encore des défis. Par exemple, le nombre de MSP prédit ne correspond pas au nombre observé de binaires X à basse masse dont on pense qu'ils évoluent. Certains chercheurs suggèrent que l'Irradiation, c'est-à-dire quand les rayons X de l'étoile à neutrons affectent l'étoile compagne, pourrait aider à résoudre ce problème. L’irradiation impacte surtout les étoiles qui ont une couche convective, menant à des cycles de transfert de masse qui raccourcissent le temps passé dans un état de binaire X à basse masse.

L’irradiation a aussi été montrée comme un facteur dans la formation de MSP uniques, comme les pulsars veuves noires et redbacks, qui pourraient évoluer l'un de l'autre. Cet effet pourrait aussi influencer la création de pulsars X à millisecondes accréteurs (AMXP) et ces systèmes pourraient finalement devenir des MSP.

#Méthodes pour étudier les MSP

Pour étudier comment les MSP évoluent, les scientifiques utilisent un code d'évolution stellaire pour simuler différents scénarios. Dans ces simulations, ils considèrent une étoile à neutrons avec une masse standard et une étoile compagne qui commence sa vie. Le processus commence avec ces deux étoiles en orbite stable. Les simulations aident à déterminer comment des facteurs comme le taux de transfert de masse, le champ magnétique initial et les effets d'irradiation impactent l'évolution de l'étoile à neutrons.

#Le processus de transfert de masse

Le taux de transfert de masse est crucial pour comprendre comment l'étoile à neutrons évolue. Il est déterminé par des modèles qui prennent en compte l'interaction entre les deux étoiles. Pendant le transfert de masse, le système peut traverser des cycles où l'étoile compagne s'étend et tire du matériel en arrière dans le système, ou se détache et commence un nouveau cycle. Cela peut mener à diverses étapes entre le binaire X à basse masse et un pulsar radio.

#L'impact de l'irradiation

L’irradiation joue un rôle important dans la façon dont l'étoile compagne évolue. Quand l'étoile à neutrons tire du matériel, elle émet des rayons X qui peuvent chauffer et étendre l'étoile compagne. Ce changement de température peut augmenter le taux de transfert de masse. Il peut y avoir des cycles où l'étoile compagne s'étend, faisant que l'étoile à neutrons reçoit plus de matériel, ce qui à son tour peut mener à une rotation plus rapide. Ces processus peuvent se reproduire plusieurs fois au fur et à mesure que les conditions de l'étoile compagne changent.

#L'évolution de la rotation de l'étoile à neutrons

Plusieurs facteurs peuvent influencer comment la rotation d'une étoile à neutrons change avec le temps. Cela inclut les interactions avec le matériel transféré de l'étoile compagne. L’étoile à neutrons peut connaître une augmentation ou une diminution de sa rotation selon ces interactions. Comprendre ces changements donne des infos sur le champ magnétique de l'étoile à neutrons et comment il peut évoluer avec le temps.

#Résultats des simulations

Grâce aux simulations, les chercheurs peuvent suivre l'évolution des MSP selon divers paramètres. Ils peuvent examiner comment des facteurs comme la force du champ magnétique et l'efficacité d'irradiation impactent la rotation et la masse de l'étoile à neutrons. Les simulations montrent qu'un taux de transfert de masse plus élevé peut mener à un temps de rotation plus bas, ce qui veut dire que l'étoile à neutrons tourne plus vite.

Les résultats démontrent que la présence d'irradiation cause aux MSP d’évoluer de manières uniques. Par exemple, avec une efficacité d'irradiation spécifique, l'étoile à neutrons peut atteindre un temps de rotation plus bas tout en maintenant une grande dérivée de temps de rotation, ce qui est observé chez certains MSP.

#Implications pour la formation des MSP

Les résultats de ces simulations suggèrent que l'irradiation joue un rôle clé dans la formation de MSP avec de grandes dérivées de temps de rotation. Cela contredit certaines théories antérieures qui n’arrivaient pas à expliquer pourquoi certains MSP se comportaient comme ça sous des conditions similaires.

Le processus de transfert de masse et d’irradiation affecte non seulement comment l'étoile à neutrons tourne, mais peut aussi influencer l'ensemble du cycle de vie du système binaire. Des variations dans ces paramètres peuvent mener à différents chemins évolutifs pour les MSP, montrant la complexité de leur formation et évolution.

#Conclusion

L'étude des pulsars à millisecondes offre des infos précieuses sur les cycles de vie des étoiles à neutrons et comment elles interagissent avec leurs étoiles compagnes. Le processus de recyclage qui mène à la formation des MSP est complexe et influencé par plusieurs facteurs, y compris les taux de transfert de masse, les champs magnétiques et les effets d'irradiation.

Grâce à des recherches et des simulations continues, les scientifiques espèrent clarifier les processus qui mènent à de grandes dérivées de temps de rotation et aider à répondre à des questions existantes comme le problème de la natalité des MSP. Comprendre ces étoiles ne fait pas que donner un éclairage sur leurs comportements individuels, mais enrichit aussi notre connaissance de l'évolution stellaire dans les systèmes binaires.