Pulsars de transition : un nouveau regard

Les pulsars millisecondes transitoires (tMSPs) sont un groupe d'objets cosmiques vraiment unique. Ils relient deux types de corps célestes : les binaires X à faible masse et les pulsars radio millisecondes. Ces pulsars alternent entre deux états différents : un où ils émettent des ondes radio et un autre où ils créent un disque de Rayons X à faible luminosité. Ce changement se produit à des intervalles imprévisibles, souvent en quelques semaines ou mois.

Le tMSP bien connu PSR J1023 0038 a été découvert en 2007. Il a une rotation très rapide, atteignant 1,69 millisecondes. Ce pulsar orbite autour d'une petite étoile compagne, complétant son trajet toutes les 4,75 heures. En 2013, les observateurs ont noté une augmentation soudaine de luminosité à différentes longueurs d’onde, y compris des rayons X et gamma, ainsi que des signaux ultraviolets et optiques. Le signal radio a disparu pendant cette période, suggérant un changement d'état.

#Observations et Méthodes de Recherche

En juin 2021, les chercheurs ont mené une campagne d'observation complète sur PSR J1023 0038. L'étude a utilisé 12 télescopes et instruments différents, couvrant une large gamme de longueurs d’onde, des ondes radio aux rayons X. C'était l'effort d'observation le plus vaste pour ce pulsar à ce jour.

La campagne était répartie sur deux nuits. La première nuit a impliqué des observations avec des instruments comme XMM-Newton et le télescope spatial Hubble. La deuxième nuit a été consacrée aux observations de NICER et du Very Large Telescope. Chaque instrument a capturé différents aspects de l'activité du pulsar, permettant une analyse multifacette.

#Découverte du Changement de Mode

Pendant les observations, les chercheurs ont noté que la luminosité des rayons X passait entre deux modes : élevé et bas. Ces modes étaient caractérisés par différents niveaux de luminosité et des intervalles de sursauts. Le pulsar a passé environ 70-80% du temps d'observation en mode élevé, tandis que le mode bas n'a représenté que 20-30%.

En mode élevé, des rayons X, de la lumière ultraviolette et optique étaient tous présents. En revanche, ces signaux disparaissaient en mode bas. Les chercheurs ont également observé des scintillements et des sursauts en lumière optique et proche infrarouge, particulièrement associés au Disque d'accrétion et à l'étoile compagne.

#Un Regard de Plus Près sur les Modèles d'Émission

L'étude s'est concentrée sur la compréhension des raisons pour lesquelles ces changements de mode se produisent. En créant des modèles des émissions de lumière pendant les deux états, les chercheurs ont découvert que les changements étaient probablement dus à des altérations dans la zone la plus interne du disque d'accrétion entourant le pulsar.

Les émissions en mode élevé étaient liées à des éjections de masse discrètes se produisant au-dessus d'un jet compact, qui est un flux étroit de matière s'éloignant du pulsar. Cela a été confirmé par des sursauts millimétriques détectés pendant les transitions entre les modes élevé et bas, marquant les moments d'éjection de masse.

#Émission Radio et Défis

Les chercheurs ont rencontré d'énormes défis en cherchant des émissions radio durant cette campagne. Les résultats ont montré des signaux radio brillants et variables pendant les épisodes de mode X-ray bas. Cependant, les pulsations radio - les signaux réguliers généralement attendus d'un pulsar - n'ont été détectées dans aucun des modes. Les limites supérieures sur la densité de flux radio pulsé étaient plusieurs ordres de magnitude inférieures à ce qui serait attendu dans l'état de pulsar radio.

Cette absence de détection soulève des questions sur les raisons possibles. Une théorie est que la présence d'un disque de matière autour du pulsar pourrait obscurcir ses émissions radio. Ainsi, il pourrait y avoir une quantité énorme de matière éjectée sans atteindre la surface du pulsar.

#Le Flux de Matière dans le Système

Comprendre comment la matière circule dans le système est crucial pour expliquer le comportement observé. En mode élevé, la matière entrant dans le disque d'accrétion s'expanse, provoquant un choc qui produit la majeure partie des émissions de rayons X. Les vents pulsars, composés de particules chargées à haute énergie, pénètrent ce disque et entrent en collision avec la matière entrante, produisant un jet compact.

Lorsque le système passe en mode bas, la matière du disque peut être expulsée, entraînant une baisse de luminosité et une fin des pulsations optiques et rayons X. Le vent pulsar continue de fonctionner, générant un jet qui contribue aux émissions, mais d'une manière différente par rapport au mode élevé.

#Émissions Millimétriques et Leur Importance

Des émissions millimétriques de PSR J1023 0038 ont été détectées pour la première fois durant cette campagne. Ces émissions indiquent la présence d'un jet et suggèrent des interactions complexes dans la matière environnante. Les mesures ont révélé une variabilité considérable, avec certains pics indiquant des explosions d'énergie significatives.

L'étude a également souligné que les émissions millimétriques ne corrélaient pas directement avec le comportement des rayons X, sauf lors de brefs événements de sursaut. Cette relation complexe complique encore la compréhension de la façon dont ces différentes émissions interagissent.

#Le Tableau Physique du Changement de Mode

La séquence d'événements qui se produit pendant les transitions entre les modes élevé et bas révèle un tableau physique détaillé. En mode élevé, le disque d'accrétion interagit activement avec le vent pulsar, créant des émissions variables à travers différentes longueurs d’onde. Le système semble alterner entre un état stable d'accrétion et des éjections de masse explosives.

Les éjections de masse sont perçues comme des événements discrets qui marquent la transition du mode élevé au mode bas. Le jet et les vents pulsars jouent des rôles essentiels dans ces éjections, et les émissions qui en résultent fournissent des aperçus sur les dynamiques impliquées. Finalement, le flux de matière du disque d'accrétion revient, rétablissant les conditions qui permettent à nouveau l'activité en mode élevé.

#Conclusion et Directions Futures

Les résultats de cette campagne d'observation extensive avancent considérablement notre compréhension des pulsars millisecondes transitoires et de leurs comportements uniques. Les interactions entre le pulsar, son disque d'accrétion et la matière qui l'entoure illustrent la complexité de ces systèmes. Les études en cours continueront d'explorer ces phénomènes et fourniront plus d'aperçus sur le comportement des pulsars et de leurs environnements.

Les futurs efforts de recherche devraient se concentrer sur des techniques d'observation améliorées pour capturer encore plus de détails et affiner les modèles utilisés pour comprendre ces systèmes dynamiques. En observant davantage de tMSPs et de systèmes similaires, les chercheurs espèrent découvrir des vérités plus profondes sur les mécanismes qui sous-tendent ces événements cosmiques extraordinaires.