Nouveaux pulsars découverts dans l'amas globulaire M53

M53, aussi connu sous le nom de NGC 5024, est un amas globulaire situé dans la galaxie de la Voie lactée. C’est l’un des amas globulaires les plus éloignés avec des pulsars connus. Les amas globulaires sont des groupes d'étoiles très compacts, et ils ont souvent plein de propriétés intéressantes à cause de leurs environnements uniques. Dans cette étude, on se concentre sur les pulsars dans M53, surtout un nouveau pulsar binaire milliseconde découvert, nommé PSR J1312+1810E, qu’on appelle M53E, ainsi que des solutions de timing pour d'autres pulsars connus dans cet amas.

#Découverte de nouveaux pulsars

Grâce aux observations avec le Télescope radio Sphérique à ouverture de cinq cents mètres (FAST), les chercheurs ont réussi à identifier plusieurs pulsars dans M53. Avant cette étude, quatre pulsars avaient déjà été signalés dans M53, dont trois pulsars millisecondes. Les nouvelles découvertes offrent des opportunités excitantes pour en savoir plus sur ces objets célestes fascinants et leurs environnements.

M53E a été identifié comme un pulsar binaire, ce qui veut dire qu'il fait partie d'une paire d'étoiles en orbite l'une autour de l'autre. Les résultats révèlent des informations importantes sur les caractéristiques de ce pulsar et de ses compagnons, qui sont probablement des étoiles naines blanches.

#C'est quoi un pulsar ?

Les pulsars sont des étoiles à neutrons très magnétisées qui tournent et émettent des faisceaux de radiation électromagnétique. Quand ces faisceaux passent devant la Terre, on les détecte comme des impulsions d'ondes radio, d’où le nom de pulsar. Les pulsars millisecondes sont un type particulier de pulsar avec des périodes de rotation dans la gamme des millisecondes, ce qui les rend très RAPIDES comparé aux pulsars typiques.

#Caractéristiques des pulsars dans M53

Dans cette étude, les pulsars connus dans M53 ont été caractérisés davantage. Le pulsar milliseconde isolé M53C a une période de rotation de 12,53 millisecondes, tandis que le nouvellement identifié M53E a une période de rotation de 3,97 millisecondes dans une orbite de 2,4 jours. Tous les pulsars de cet amas montrent de faibles excentricités orbitales, ce qui signifie que leurs orbites sont presque circulaires.

Les compagnons de certains de ces pulsars, comme M53B, M53D et M53E, ont des masses d’environ 0,25, 0,27 et 0,18 masses solaires, respectivement. Ces chiffres de masse faibles indiquent qu'ils sont probablement des étoiles naines blanches, des restes d’étoiles qui ont terminé leur cycle de vie et ont perdu leurs couches extérieures.

#Le rôle de FAST

FAST s'est avéré être un outil précieux dans la recherche de pulsars au sein des amas globulaires. Sa haute sensibilité a permis de détecter plusieurs pulsars, même dans le lointain M53. Plus de deux ans d'observations de 2019 à 2022 ont facilité la détection de M53E et amélioré les solutions de timing pour les pulsars précédemment connus.

#Observations et analyse des données

Les observations de M53 visaient à étudier le timing et la position de ces pulsars. Les chercheurs ont utilisé une méthode appelée corrélation croisée, qui compare les profils d’impulsions des signaux détectés avec des modèles de haute qualité. Cette méthode a aidé à déterminer les solutions de timing pour chaque pulsar.

Les données résultantes n'ont montré aucune tendance significative dans les résidus de timing, confirmant que les modèles de timing utilisés sont précis. Cette précision est cruciale pour comprendre la dynamique des pulsars et leurs orbites au sein de M53.

#Importance des Pulsars binaires

Les pulsars binaires ont une signification unique pour l'astrophysique. Ils servent de laboratoires naturels pour tester les théories de la gravité en raison de leurs fortes interactions gravitationnelles. Les mesures précises des caractéristiques de timing et orbitales de ces pulsars peuvent éclairer divers phénomènes, y compris les effets des ondes gravitationnelles et la nature de l'évolution stellaire.

#Observations en X-rayons

Malgré la recherche de contreparties en X-rayons des pulsars identifiés, aucune n'a été trouvée dans les images archivées disponibles. Les émissions en X-rayons peuvent fournir des informations importantes sur les pulsars et leurs compagnons, y compris la présence d'interactions entre le pulsar et son compagnon. Dans ce cas, l'absence d'émissions en X-rayons détectées suggère que les émissions thermiques de ces pulsars sont trop faibles pour être observées à la distance de M53.

#Taux de rencontres simples-binaires

Les amas globulaires sont connus pour leur haute densité stellaire, ce qui mène souvent à des interactions entre les étoiles. Cela peut donner lieu à divers résultats, comme la formation de binaires X-rayons de faible masse et leur évolution subséquente en pulsars millisecondes. On a trouvé que M53 a un faible taux de rencontres simples-binaires, ce qui signifie que ses étoiles sont moins susceptibles d'interagir entre elles par rapport à des amas plus denses. Cette info nous aide à comprendre la formation et l'évolution des pulsars dans cet amas.

#Excentricités des pulsars binaires

Les excentricités des pulsars binaires dans M53 sont essentielles pour comprendre leur dynamique orbitale. Bien que les excentricités observées soient relativement faibles, elles sont toujours supérieures à ce qui est attendu en fonction de la densité de l'amas. Les différences pourraient être attribuées à divers facteurs, y compris l'âge des pulsars et le passage de leurs orbites à travers des régions moins denses de M53.

#Perspectives futures

Les observations en cours utilisant FAST continueront à fournir des informations précieuses sur la population de pulsars dans M53. Les chercheurs prévoient d'étendre les solutions de timing des pulsars identifiés, ce qui permettra de mesurer les mouvements propres et éventuellement les dérivées de période orbitale. Ces mesures peuvent encore améliorer notre compréhension de la dynamique des pulsars au sein des amas globulaires.

#Conclusion

L'étude des pulsars dans M53 met en avant l'importance de cet amas globulaire lointain dans le contexte plus large de l'astrophysique. Les découvertes faites grâce à FAST ouvrent de nouvelles voies de recherche sur les caractéristiques des pulsars, leur formation, et le rôle qu'ils jouent dans la dynamique des amas globulaires. Avec des observations et une analyse de données continues, on peut s'attendre à en apprendre encore plus sur ces objets célestes remarquables et leurs environnements.