Astronomie

Un pulsar peut-il nous frapper avec les deux faisceaux ?

Un pulsar peut-il nous frapper avec les deux faisceaux ?


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Un pulsar peut-il avoir une inclinaison axiale suffisamment proche pour $90^circ$ nous frapper avec les deux faisceaux pour deux impulsions par rotation ?


Oui. L'une des caractéristiques qui aident ce scénario est la courbure gravitationnelle de la lumière près de l'étoile à neutrons, qui permet à une plus grande partie de la surface d'être visible à un moment donné.

De nombreux pulsars ont des courbes lumineuses à double pic, par exemple voici la courbe lumineuse du Crab Pulsar. Dans le modèle de faisceau crayon, ces pics correspondent aux faisceaux des deux pôles.

Selon Annala & Poutanen (2010) « Contraindre la compacité et la géométrie du champ magnétique des pulsars à rayons X à partir des statistiques de leurs profils d'impulsions », le rapport entre les courbes de lumière des pulsars à pic unique et à double pic met une valeur très probable pour le maximum inclinaison de l'axe magnétique par rapport à l'axe de rotation de 40° ± 4°.


Cela dépend de l'endroit où les poutres sont tournées. Si les pôles magnétiques vous font face et que l'axe de rotation est dans la bonne position, alors les deux le peuvent. Cela dépend donc de deux choses :

  1. Direction des pôles magnétiques
  2. Direction de l'axe de rotation

Un pulsar peut-il nous frapper avec les deux faisceaux ? - Astronomie

J'écris actuellement un article sur les systèmes de pulsars binaires, les pulsars recyclés et un groupe de pulsars très intéressant appelé &ldquoBlack Widows&rdquo. Au cours du processus, j'ai réalisé que je n'avais actuellement pas de bon résumé de ce que sont les pulsars sur le blog (et que le post sur les pulsars binaires devenait un peu long), j'ai donc retiré une grande partie de l'arrière-plan des pulsars et des étoiles à neutrons du post et commencé ce nouveau post avec ça. Donc, en attendant de lire comment certains des objets les plus intéressants de l'univers deviennent encore plus intéressants, voici un peu de contexte sur ces objets intéressants.

Tout commence par un bang !

Typiquement, lorsqu'une étoile épuise sa source d'énergie, elle dispose de trois fins différentes qui dépendent de sa masse : devenir une naine blanche, une étoile à neutrons ou un trou noir. Les étoiles les plus légères, comme le Soleil, finissent par devenir des naines blanches, tandis que les plus lourdes produisent des trous noirs. Pour l'instant, nous nous intéressons aux étoiles du milieu, celles entre 8 et 20 masses solaires.

Pour une étoile semblable au soleil, une fois que le combustible nucléaire est épuisé, un effondrement complet est évité car la pression de dégénérescence des électrons aide toujours à soutenir le noyau de l'étoile, ce qui donne une naine blanche. Cependant, pour les étoiles plus massives, la masse du noyau, comprise entre 1,9 et 2,5 masses solaires, ne peut être supportée par la pression de dégénérescence des électrons. La seule chose qui arrête l'effondrement est la pression de dégénérescence des neutrons dans le cœur. Dans le processus, le reste de la masse de l'étoile commence à tomber vers le centre de l'étoile, et l'énergie gravitationnelle perdue est expulsée dans une supernova.

Presque toute l'étoile est déchirée et expulsée dans le processus violent, mais ce qui reste est ce noyau dense maintenu par la pression de dégénérescence des neutrons : une étoile à neutrons. Une étoile à neutrons peut être simplement considérée comme un noyau géant. Sa masse est juste un peu plus que notre Soleil (généralement environ 1,4 masse solaire), mais cette masse est comprimée dans un rayon d'environ 10 km, la taille d'une ville. Cela donne des densités d'étoiles à neutrons de l'ordre de 10 14 g cm -3 , le même ordre de grandeur pour la densité d'un noyau atomique. Cette masse est composée principalement de neutrons, avec environ 5% de protons et d'électrons.

Dans le processus, le moment angulaire de l'étoile d'origine doit être conservé. Au fur et à mesure que les rayons de ces grandes étoiles massives se réduisent aux minuscules rayons de la taille d'une ville des étoiles à neutrons, la vitesse angulaire doit augmenter pour conserver le moment angulaire, ce qui signifie que l'étoile à neutrons résultante commence à tourner beaucoup plus vite que l'étoile d'origine, plus grande. Il en résulte des étoiles à neutrons avec des périodes de rotation généralement d'environ 0,1 seconde ou moins. Comme ils perdent progressivement de l'énergie au fil du temps, leurs périodes de rotation augmentent également.

Phares cosmiques

Si c'était tout ce qu'il y avait aux étoiles à neutrons, elles seraient terriblement excitantes. En raison de leurs températures, ils ne rayonneraient qu'aux longueurs d'onde des rayons X (du rayonnement du corps noir) et seraient par la suite difficiles à observer. Mais le plaisir ne doit pas s'arrêter tout de suite.

Les pulsars sont des étoiles à neutrons fortement magnétisées, avec des champs magnétiques de l'ordre de 10 10 - 10 12 Gauss. On pense que ce champ magnétique est suffisamment puissant pour soulever de la matière chargée de la surface de l'étoile à neutrons et l'expulser le long de ses champs magnétiques 1 . Les particules en accélération conduisent à un rayonnement, créant des faisceaux visibles dans les radiofréquences.

Tout comme l'axe magnétique de la Terre n'est pas aligné avec son axe de rotation, les axes magnétiques des pulsars ne sont généralement pas non plus alignés avec leurs axes de rotation. Lorsqu'un pulsar tourne, son axe magnétique tourne également, faisant tourner les faisceaux radio avec lui. Si les faisceaux radio frappent la Terre, nous pouvons les voir comme des blips périodiques, tout comme un navire voit un phare en rotation. En effet, les pulsars sont comme des phares cosmiques 2 .

À la fois des outils scientifiques et des laboratoires

Ces caractéristiques de base des pulsars permettent également des utilisations intéressantes, permettant à leur utilité de s'étendre au-delà des simples artefacts d'étoiles massives. Les simples blips périodiques peuvent être utilisés comme horloges. Certains pulsars sont très stables et ont des précisions qui rivalisent avec celles des horloges atomiques modernes. Ces pulsars peuvent permettre d'étudier des régions lointaines de la galaxie. Un domaine intéressant est le centre galactique. Bien qu'aucun pulsar n'ait encore été découvert à proximité du centre de la galaxie, la future découverte d'un pourrait permettre de réaliser des expériences sur le champ gravitationnel à proximité d'un trou noir supermassif. Nous pouvons lancer et livrer une horloge au centre galactique, puis l'observer, mais si nous sommes capables de trouver un pulsar, ce serait comme trouver facilement une horloge observable là où nous en avons besoin. Ainsi, un pulsar peut être comme un outil permettant d'étudier des phénomènes intéressants dans leurs habitats.

De plus, les intérieurs des pulsars sont des environnements extrêmes, avec des pressions intenses et des densités élevées, et peuvent servir de laboratoires pour permettre de tester des théories physiques, en particulier l'équation d'état de la matière dense 3 . Une méthode actuellement en cours de développement consiste à étudier Défaillance. Les pépins surviennent lorsque la période des bips du pulsar saute soudainement. Pour les jeunes pulsars, un problème peut survenir une fois toutes les quelques années, devenant moins fréquent à mesure que les pulsars vieillissent. On pense que les pépins sont dus à des changements à l'intérieur des étoiles à neutrons. L'un des modèles les plus largement acceptés propose que la croûte d'étoiles à neutrons et le superfluide interne à neutrons soient pour la plupart indépendants l'un de l'autre, et un problème se produit lorsque le moment angulaire est transféré dans un spasme rapide à la croûte. La caractérisation des observations des parasites de pulsars peut aider à renforcer ou à éliminer les modèles d'intérieurs de pulsars, ce qui, à son tour, pourrait aider à imposer des contraintes sur l'équation d'état de la matière dense.

Sources et exploration plus poussée

  • Laskar, Tanmoy (éd.). &ldquoRadio-astronomie&rdquo astrobites.
  • Lyne, Andrew et Francis Graham-Smith. &ldquoPulsar Astronomy&rdquo, 2012 (4e édition), Cambridge University Press.
  • Taylor, J.H. et D.R. Stinebring. &ldquoProgrès récents dans la compréhension des pulsars&rdquo, 1986, Annu. Révérend Astron. Astrophys. 24:285-327

N'oubliez pas que l'étoile à neutrons est entièrement constituée de neutrons neutres, mais aussi d'une petite quantité d'électrons et de protons chargés. Ceux-ci sont captés par les champs magnétiques pulsar&rsquos. Principalement, les électrons les moins massifs sont les particules qui sont balayées pour le trajet. ↩︎

Permettre aux astronomes de cartographier les ondes gravitationnelles, tout comme un phare permet aux marins de traverser en toute sécurité les vagues de l'océan et de l'enfer, je pousse peut-être cette analogie un peu trop loin. ↩︎

En fait, les pulsars de veuve noire, qui sont détaillés dans le prochain article sur les systèmes de pulsars binaires, ont été proposés comme laboratoires possibles pour étudier l'équation d'état de la matière dense. ↩︎


Pulsar « caméléon » surprend les scientifiques

Une équipe internationale d'astronomes utilisant l'observatoire spatial XMM-Newton de l'ESA a identifié un pulsar capable de changer radicalement la façon dont il brille. L'objet peut calmer ses ondes radio tout en faisant son X- émissions de rayons beaucoup plus lumineuses.

Vue d'artiste d'un pulsar en mode radio-lumineux, gauche et rayons X/radio-silencieux (ESA / ATG medialab)

Les pulsars sont de petites étoiles en rotation d'environ 20 km de diamètre. Ils émettent des faisceaux de rayonnement dirigés de manière opposée à partir de leurs pôles magnétiques. Certains pulsars produisent un rayonnement sur l'ensemble du spectre électromagnétique, y compris aux longueurs d'onde des rayons X et radio. Bien qu'il ait été découvert il y a plus de 45 ans, le mécanisme exact par lequel les pulsars brillent est encore inconnu.

On sait depuis un certain temps que certains pulsars radio-émetteurs basculent leur comportement entre deux états, changeant le schéma et l'intensité de leurs impulsions radio. Le moment du retournement est à la fois imprévisible et soudain. On sait également, grâce aux télescopes embarqués par satellite, qu'une poignée de pulsars radio peuvent également être détectés aux fréquences des rayons X. Cependant, le signal des rayons X est si faible qu'on ne sait rien de sa variabilité.

Pour savoir si les rayons X pouvaient également basculer, les scientifiques ont étudié un pulsar particulier appelé PSR B0943+10, l'un des premiers à avoir été découvert. Il a des impulsions radio qui changent de forme et de luminosité toutes les quelques heures, certains des changements se produisant en une seconde environ.

"Le comportement de ce pulsar est assez surprenant, c'est comme s'il avait deux personnalités distinctes. Comme le PSR B0943+10 est l'un des rares pulsars également connus pour émettre des rayons X, découvrir comment ce rayonnement d'énergie plus élevée se comporte à mesure que les changements radio pourraient fournir de nouvelles informations sur la nature du processus d'émission », a expliqué le Dr Ben Stappers. de l'école de physique et d'astronomie de l'Université de Manchester, qui est co-auteur d'un article publié dans la revue La science.

Comme la source est un émetteur de rayons X faible, l'équipe a utilisé le télescope à rayons X le plus sensible existant, le XMM-Newton à bord d'un vaisseau spatial en orbite autour de la Terre. Les observations se sont déroulées au cours de six séances distinctes d'une durée d'environ six heures. Pour identifier le moment exact de basculement dans le comportement radio du pulsar, les observations aux rayons X ont été suivies simultanément avec deux des plus grands radiotélescopes au monde, LOFAR et le GMRT.

Ce que les scientifiques ont découvert, c'est que bien que les rayons X aient effectivement changé leur comportement en même temps que l'émission radio, comme on pouvait s'y attendre, dans l'état où le signal radio est fort et organisé, les rayons X étaient faibles, et lorsque l'émission radio est passée à faible, les rayons X sont devenus plus brillants.

« À notre grande surprise, nous avons constaté que lorsque la luminosité de l'émission radio était réduite de moitié, l'émission de rayons X s'éclairait d'un facteur deux ! De plus, les rayons X intenses ont un caractère très différent de ceux de l'état radio-lumineux, car ils semblent être d'origine thermique et pulser avec la période de rotation de l'étoile à neutrons », a déclaré l'auteur principal, le professeur Wim Hermsen de l'Institut néerlandais de recherche spatiale.

Informations bibliographiques : W. Hermsen et al. 2013. Commutateurs de mode radio et rayons X synchrones : une transformation globale rapide de la magnétosphère Pulsar. La science, vol. 339, non. 6118, pp. 436-439 doi: 10.1126/science.1230960


Comment se forment les pulsars ?

Les événements conduisant à la formation d'un pulsar commencent lorsque le noyau d'une étoile massive est comprimé lors d'une supernova, qui s'effondre en une étoile à neutrons. L'étoile à neutrons conserve la majeure partie de son moment cinétique, et comme elle n'a qu'une infime fraction du rayon de son ancêtre (et donc son moment d'inertie est fortement réduit), elle se forme avec une vitesse de rotation très élevée. Un faisceau de rayonnement est émis le long de l'axe magnétique du pulsar, qui tourne avec la rotation de l'étoile à neutrons. L'axe magnétique du pulsar détermine la direction du faisceau électromagnétique, l'axe magnétique n'étant pas nécessairement le même que son axe de rotation. Ce désalignement fait que le faisceau est vu une fois pour chaque rotation de l'étoile à neutrons, ce qui conduit à la nature « pulsée » de son apparition.

Vue schématique d'un pulsar. La sphère au milieu représente l'étoile à neutrons, les courbes indiquent les lignes de champ magnétique et les cônes saillants représentent les zones d'émission.

Le faisceau provient de l'énergie de rotation de l'étoile à neutrons, qui génère un champ électrique à partir du mouvement du champ magnétique très puissant, entraînant l'accélération des protons et des électrons sur la surface de l'étoile et la création d'un faisceau électromagnétique émanant des pôles du champ magnétique.


Fermi de la NASA trouve un pulsar "transformateur"

Fin juin 2013, un binaire exceptionnel contenant une étoile à neutrons en rotation rapide a subi un changement de comportement spectaculaire jamais observé auparavant. La radiobalise du pulsar a disparu, tandis que dans le même temps, le système s'éclairait cinq fois en rayons gamma, la forme de lumière la plus puissante, selon les mesures du télescope spatial Fermi Gamma de la NASA.

"C'est presque comme si quelqu'un actionnait un interrupteur, transformant le système d'un état de basse énergie à un état de plus haute énergie", a déclaré Benjamin Stappers, astrophysicien à l'Université de Manchester, en Angleterre, qui a dirigé un effort international pour comprendre ce phénomène frappant. transformation. "Le changement semble refléter une interaction erratique entre le pulsar et son compagnon, qui nous permet d'explorer une phase de transition rare dans la vie de ce binaire."

Un binaire se compose de deux étoiles en orbite autour de leur centre de masse commun. Ce système, connu sous le nom d'AY Sextantis, est situé à environ 4 400 années-lumière dans la constellation de Sextans. Il associe un pulsar de 1,7 milliseconde nommé PSR J1023+0038 - J1023 en abrégé - avec une étoile contenant environ un cinquième de la masse du soleil. Les étoiles complètent une orbite en seulement 4,8 heures, ce qui les place si proches les unes des autres que le pulsar va progressivement évaporer son compagnon.

Lorsqu'une étoile massive s'effondre et explose en supernova, son noyau écrasé peut survivre sous la forme d'un reste compact appelé étoile à neutrons ou pulsar, un objet qui comprime plus de masse que le soleil dans une sphère pas plus grande que Washington, DC Les jeunes étoiles à neutrons isolées tournent des dizaines de fois par seconde et génèrent des faisceaux de radio, de lumière visible, de rayons X et de rayons gamma que les astronomes observent sous forme d'impulsions chaque fois que les faisceaux balaient la Terre. Les pulsars génèrent également de puissants flux sortants, ou « vents », de particules à haute énergie se déplaçant près de la vitesse de la lumière. La puissance de tout cela provient du champ magnétique en rotation rapide du pulsar, et au fil du temps, à mesure que les pulsars diminuent, ces émissions s'estompent.

Il y a plus de 30 ans, les astronomes ont découvert un autre type de pulsar tournant en 10 millisecondes ou moins, atteignant des vitesses de rotation allant jusqu'à 43 000 tr/min. Alors que les jeunes pulsars apparaissent généralement isolément, plus de la moitié des pulsars millisecondes se produisent dans des systèmes binaires, ce qui suggère une explication de leur rotation rapide.

"Les astronomes soupçonnent depuis longtemps que les pulsars millisecondes ont été générés par le transfert et l'accumulation de matière à partir de leurs étoiles compagnes, nous les appelons donc souvent des pulsars recyclés", a expliqué Anne Archibald, chercheuse postdoctorale à l'Institut néerlandais de radioastronomie (ASTRON). à Dwingeloo qui a découvert J1023 en 2007.

Au cours de la phase initiale de transfert de masse, le système serait qualifié de binaire à rayons X de faible masse, avec une étoile à neutrons à rotation plus lente émettant des impulsions de rayons X alors que le gaz chaud courait vers sa surface. Un milliard d'années plus tard, lorsque le flux de matière s'arrêtera, le système serait classé comme un pulsar de millisecondes filé avec des émissions radio alimentées par un champ magnétique en rotation rapide.

Pour mieux comprendre le spin et l'évolution orbitale de J1023, le système a été régulièrement surveillé en radio à l'aide du télescope Lovell au Royaume-Uni et du radiotélescope de synthèse Westerbork aux Pays-Bas. Ces observations ont révélé que le signal radio du pulsar s'était éteint et a incité la recherche d'un changement associé dans ses propriétés de rayons gamma.

Quelques mois auparavant, les astronomes avaient découvert un système beaucoup plus éloigné qui basculait entre les états radio et X en quelques semaines. Situé dans M28, un amas d'étoiles globulaire à environ 19 000 années-lumière, un pulsar connu sous le nom de PSR J1824-2452I a subi une explosion de rayons X en mars et avril 2013. Alors que l'émission de rayons X diminuait début mai, le faisceau radio du pulsar a émergé.

Alors que J1023 a atteint des énergies beaucoup plus élevées et est considérablement plus proche, les deux binaires sont par ailleurs assez similaires. Ce qui se passe, disent les astronomes, ce sont les dernières affres du processus de mise en rotation de ces pulsars.

Dans J1023, les étoiles sont suffisamment proches pour qu'un flux de gaz s'écoule de l'étoile semblable au soleil vers le pulsar. La rotation rapide du pulsar et son champ magnétique intense sont responsables à la fois du faisceau radio et de son puissant vent de pulsar. Lorsque le faisceau radio est détectable, le vent du pulsar retient le flux de gaz du compagnon, l'empêchant de s'approcher de trop près. Mais de temps en temps, le courant monte, se rapprochant du pulsar et établissant un disque d'accrétion.

Le gaz dans le disque est comprimé et chauffé, atteignant des températures suffisamment élevées pour émettre des rayons X. Ensuite, le matériau le long du bord interne du disque perd rapidement de l'énergie orbitale et descend vers le pulsar. Lorsqu'il tombe à une altitude d'environ 50 miles (80 km), les processus impliqués dans la création du faisceau radio sont soit arrêtés, soit, plus probablement, obscurcis.

Le bord interne du disque fluctue probablement considérablement à cette altitude. Une partie peut devenir accélérée vers l'extérieur à presque la vitesse de la lumière, formant des jets de particules doubles tirant dans des directions opposées - un phénomène plus généralement associé à l'accrétion de trous noirs. Les ondes de choc à l'intérieur et le long de la périphérie de ces jets sont une source probable de l'émission lumineuse de rayons gamma détectée par Fermi.

Les résultats ont été publiés dans l'édition du 20 juillet de Le Journal d'Astrophysique. L'équipe rapporte que J1023 est le premier exemple d'un binaire de rayons gamma transitoire, compact et de faible masse jamais vu. Les chercheurs prévoient que le système servira de laboratoire unique pour comprendre comment se forment les pulsars millisecondes et pour étudier les détails de la façon dont l'accrétion a lieu sur les étoiles à neutrons.

"Jusqu'à présent, Fermi a multiplié par environ 20 le nombre de pulsars gamma connus et doublé le nombre de pulsars millisecondes dans notre galaxie", a déclaré Julie McEnery, scientifique du projet pour la mission au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt. , Maryland. "Fermi continue d'être un moteur incroyable pour les découvertes de pulsars."


Des astronomes voient des astéroïdes frapper un pulsar lointain

Il s'agit d'une impression d'artiste d'un astéroïde qui se brise. Crédit : NASA / JPL-Caltech.

PSR J0738-4042 est situé dans la constellation de Puppis, à environ 37 000 années-lumière.

L'environnement autour de ce pulsar est particulièrement rude, plein de radiations et de vents violents de particules.

« Si un gros objet rocheux peut se former ici, des planètes pourraient se former autour de n'importe quelle étoile. C'est passionnant », a déclaré le Dr Ryan Shannon du CSIRO Astronomy and Space Science, qui est l'auteur principal d'un article publié dans le Lettres de revues astrophysiques (arXiv.org).

Le PSR J0738-4042 émet un faisceau d'ondes radio. Pendant qu'il tourne, son faisceau radio clignote au-dessus de la Terre encore et encore avec la régularité d'une horloge.

En 2008, les astronomes ont prédit comment un astéroïde tombant affecterait un pulsar.

« Cela modifierait le ralentissement de la vitesse de rotation du pulsar et la forme de l'impulsion radio que nous voyons sur Terre. C'est exactement ce que nous voyons dans ce cas », a déclaré le Dr Shannon.

"L'une de ces roches semble avoir eu une masse d'environ un milliard de tonnes."

"Nous pensons que le faisceau radio du pulsar zappe l'astéroïde, le vaporisant. Mais les particules vaporisées sont chargées électriquement et elles modifient légèrement le processus qui crée le faisceau de pulsar’s. »

Les astéroïdes autour d'un pulsar pourraient être créés par l'étoile en explosion qui a formé le pulsar lui-même.

Le matériau projeté par l'explosion pourrait retomber vers le pulsar en formation, formant un disque de débris.

Les astronomes ont trouvé un disque de poussière autour d'un autre pulsar appelé J0146+61.

"Ce type de disque de poussière pourrait fournir les "graines" qui se transforment en astéroïdes plus gros", a déclaré M. Brook.

« En 1992, deux objets de la taille d'une planète ont été trouvés autour d'un pulsar appelé PSR 1257+12. Mais ceux-ci ont probablement été formés par un mécanisme différent.

P.R. Brook et al. 2014. Preuve d'un astéroïde rencontrant un pulsar. ApJ 780, L31 doi : 10.1088/2041-8205/780/2/L31


Pulsar avec l'orbite la plus large jamais détectée

Une équipe de lycéens très déterminés a découvert un pulsar jamais vu auparavant en analysant minutieusement les données du télescope Robert C. Byrd Green Bank (GBT) de la National Science Foundation (NSF). D'autres observations par des astronomes utilisant le GBT ont révélé que ce pulsar a l'orbite la plus large autour d'une étoile à neutrons et ne fait partie que d'une poignée de systèmes d'étoiles à neutrons doubles.

Cette découverte impressionnante aidera les astronomes à mieux comprendre comment les systèmes d'étoiles à neutrons binaires se forment et évoluent.

Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide, les restes superdenses d'étoiles massives qui ont explosé en supernova. Alors qu'un pulsar tourne, des faisceaux d'ondes radio semblables à des phares, provenant des pôles de son puissant champ magnétique, balayent l'espace. Lorsqu'un de ces faisceaux balaie la Terre, les radiotélescopes peuvent capter l'impulsion des ondes radio.

"Les pulsars font partie des objets les plus extrêmes de l'univers", a déclaré Joe Swiggum, étudiant diplômé en physique et astronomie à la West Virginia University de Morgantown et auteur principal d'un article accepté pour publication dans l'Astrophysical Journal expliquant ce résultat et ses implications. . « La découverte des élèves montre un de ces objets dans un ensemble de circonstances vraiment unique. »

Environ 10 pour cent des pulsars connus sont dans des systèmes binaires, la grande majorité d'entre eux se trouvent en orbite autour d'anciennes étoiles compagnes naines blanches. Seuls quelques rares sont en orbite autour d'autres étoiles à neutrons ou d'étoiles de la séquence principale comme notre Soleil. La raison de cette rareté de systèmes d'étoiles à neutrons doubles, pensent les astronomes, est le processus par lequel les pulsars et toutes les étoiles à neutrons se forment.

Lorsqu'une étoile massive devient une supernova à la fin de sa vie normale, l'explosion peut être un peu unilatérale, donnant un « coup de pied » au noyau stellaire restant. Lorsque cela se produit, l'étoile à neutrons résultante est envoyée dans l'espace. Ces coups de pied - et la perte de masse correspondante d'une explosion de supernova - signifient que les chances que deux de ces étoiles restent enfermées gravitationnellement dans le même système sont remarquablement minces.

Ce pulsar, qui a reçu la désignation officielle PSR J1930-1852, a été découvert en 2012 par Cecilia McGough, qui était alors élève au lycée de Strasbourg en Virginie, et De'Shang Ray, qui était élève au lycée Paul Laurence Dunbar. École à Baltimore, Maryland.

Ces étudiants participaient à un atelier d'été Pulsar Search Collaboratory (PSC), qui est un programme de sensibilisation éducatif financé par la NSF qui implique des élèves du secondaire intéressés à analyser les données d'enquête pulsar recueillies par le GBT. Les étudiants passent souvent des semaines et des mois à se pencher sur des tracés de données, à la recherche de la signature unique qui identifie un pulsar. Ceux qui identifient de puissants candidats pulsars sont invités à Green Bank pour travailler avec des astronomes afin de confirmer leur découverte.

Les astronomes ont déterminé que ce nouveau pulsar fait partie d'un système binaire, basé sur les différences de fréquence de spin (tours par seconde) entre la détection originale et les observations de suivi.

Les relevés au télescope optique de la même zone du ciel n'ont cependant révélé aucun compagnon visible - qui aurait été clairement vu s'il s'agissait d'une étoile naine blanche ou d'une étoile de la séquence principale. "Compte tenu de l'absence de tout signal visible et de l'examen minutieux de la synchronisation du pulsar, nous avons conclu que le compagnon le plus probable était une autre étoile à neutrons", a déclaré Swiggum.

Une analyse plus poussée de la synchronisation des impulsions indique que les deux étoiles à neutrons ont la séparation la plus large jamais observée dans un système d'étoiles à neutrons doubles.

Certains pulsars des systèmes d'étoiles à neutrons doubles sont si proches de leur compagnon que leurs trajectoires orbitales sont comparables à la taille de notre Soleil et qu'ils effectuent une orbite complète en moins d'une journée. La trajectoire orbitale de J1930-1852 s'étend sur environ 52 millions de kilomètres, soit à peu près la distance entre Mercure et le Soleil, et tourne autour de son compagnon une fois tous les 45 jours. "Son orbite est plus de deux fois plus grande que celle de n'importe quel système d'étoiles à double neutrons connu auparavant", a déclaré Swiggum. « Les paramètres du pulsar nous donnent des indices précieux sur la façon dont un système comme celui-ci a pu se former. Les découvertes de systèmes aberrants comme J1930-1852 nous donnent une image plus claire de la gamme complète des possibilités de l'évolution binaire.

Des études impliquant des découvertes du Pulsar Search Collaboratory se poursuivent alors que le programme PSC se poursuit, les astronomes s'attendent à ce que les 130 téraoctets de données produites par le GBT de 17 millions de livres révèlent probablement des dizaines de pulsars auparavant inconnus.

Le Pulsar Search Collaboratory est un projet conjoint entre le National Radio Astronomy Observatory et la West Virginia University. L'objectif est de donner aux élèves du secondaire l'expérience de la recherche réelle.

"Cette expérience m'a appris qu'il n'est pas nécessaire d'être un ‘Einstein’ pour être bon en sciences", a déclaré McGough, qui est maintenant un boursier du Schreyer Honors College de la Penn State University à State College, spécialisé en astronomie, astrophysique et physique. . « Ce que vous devez être est concentré, passionné et dévoué à votre travail. »

"Alors que nous regardons le ciel et étudions l'univers, nous essayons de comprendre ce qui se passe là-bas", a déclaré Ray, actuellement étudiant au Community College of Baltimore County qui étudie la biologie, l'ingénierie et les services médicaux d'urgence. "Cette expérience m'a aidé à explorer, imaginer et rêver ce qui pourrait être et ce que nous n'avons pas vu."

Le télescope Green Bank de 100 mètres est le plus grand radiotélescope entièrement orientable au monde. Son emplacement dans la National Radio Quiet Zone protège le télescope incroyablement sensible des interférences radio indésirables, lui permettant d'effectuer des observations uniques.

L'Observatoire national de radioastronomie est une installation de la National Science Foundation, exploitée en vertu d'un accord de coopération par Associated Universities, Inc.


Les trous noirs ne font pas grand bruit

Lorsque les trous noirs fusionnent, ils envoient des ondes gravitationnelles ondulant dans l'espace et le temps. En ne détectant pas ces ondes, les astronomes découvrent l'évolution des trous noirs.

Les scientifiques savent que ces ondes, prédites par la théorie de la relativité d'Albert Einstein, existent mais n'en ont pas encore détectées directement. Dans la course à la capture des ondes, une stratégie, appelée matrices de synchronisation des pulsars, a franchi une étape importante non pas en détectant des ondes gravitationnelles, mais en révélant de nouvelles informations sur la fréquence et la force des fusions de trous noirs.

"Nous nous attendons à ce que de nombreuses ondes gravitationnelles nous traversent tout le temps, et nous avons maintenant une meilleure idée de l'étendue de cette activité de fond", a déclaré Sarah Burke-Spolaor, co-auteur d'un nouvel article scientifique publié le 18 octobre. qui décrit les recherches auxquelles elle a contribué alors qu'elle était basée au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie. Burke-Spolaor est maintenant au California Institute of Technology à Pasadena.

Les ondes gravitationnelles, si elles étaient détectées, révéleraient plus d'informations sur les trous noirs ainsi que sur l'une des quatre forces fondamentales de la nature : la gravité.

L'incapacité de l'équipe à détecter des ondes gravitationnelles dans la recherche récente a en fait ses propres avantages, car elle révèle de nouvelles informations sur les fusions de trous noirs supermassifs - leur fréquence, leur distance de la Terre et leurs masses. Une théorie de la croissance des trous noirs pour frapper les planchers de la salle de coupe des théoriciens avait déclaré que les fusions sont à elles seules responsables de la prise de masse des trous noirs.

Les résultats proviennent du radiotélescope Parkes de l'Organisation de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth (CSIRO) dans l'est de l'Australie. L'étude a été dirigée conjointement par Ryan Shannon du CSIRO et Vikram Ravi, de l'Université de Melbourne et du CSIRO.

Les réseaux de synchronisation des pulsars sont conçus pour capter les ondes gravitationnelles subtiles à l'aide de télescopes au sol et d'étoiles en rotation appelées pulsars. Les pulsars sont les noyaux brûlés d'étoiles explosées qui envoient des faisceaux d'ondes radio comme des balises de phare. La synchronisation de la rotation des pulsars est si précise que les chercheurs disent qu'ils s'apparentent à des horloges atomiques.

Lorsque les ondes gravitationnelles traversent un réseau de plusieurs pulsars, 20 dans le cas de la nouvelle étude, elles font flotter les pulsars comme des bouées. Les chercheurs enregistrant les ondes radio des pulsars peuvent ensuite reconstituer le bourdonnement de fond des ondes.

"Les ondes gravitationnelles provoquent l'étirement et la compression de l'espace entre la Terre et les pulsars", a déclaré Burke-Spolaor.

La nouvelle étude a utilisé le Parkes Pulsar Timing Array, qui a débuté dans les années 1990. Selon l'équipe de recherche, le réseau, à sa sensibilité actuelle, sera capable de détecter une onde gravitationnelle d'ici 10 ans.

Les chercheurs du JPL développent actuellement une capacité de synchronisation des pulsars de précision similaire pour le Deep Space Network de la NASA, un système de grandes antennes paraboliques situées autour de la Terre qui suit et communique avec les engins spatiaux lointains. Pendant les interruptions dans les programmes de suivi du réseau, les antennes peuvent être utilisées pour mesurer avec précision la synchronisation des ondes radio des pulsars. Comme les antennes du Deep Space Network sont réparties dans le monde entier, elles peuvent voir des pulsars dans tout le ciel, ce qui améliore la sensibilité aux ondes gravitationnelles.

"À l'heure actuelle, l'objectif des communautés de réseaux de synchronisation de pulsars est de développer des technologies plus sensibles et d'établir des programmes de surveillance à long terme d'un grand ensemble de pulsars", a déclaré Walid Majid, chercheur principal du Deep Space Network pulsar-. programme de chronométrage au JPL. « Toutes les stratégies de détection des ondes gravitationnelles, dont le LIGO [Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory], sont complémentaires, puisque chaque technique est sensible à la détection d'ondes gravitationnelles à des fréquences très différentes. Si certains pourraient qualifier cela de course, au final , l'objectif est de détecter les ondes gravitationnelles, ce qui inaugurera le début de l'astronomie des ondes gravitationnelles. C'est la partie vraiment passionnante de toute cette entreprise. "

L'observatoire au sol LIGO est basé en Louisiane et à Washington. Il s'agit d'un projet conjoint de Caltech et du Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Mass., avec un financement de la National Science Foundation. L'Agence spatiale européenne développe le LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna), une mission de preuve de concept pour un futur observatoire spatial destiné à détecter les ondes gravitationnelles. LIGO, LISA and pulsar-timing arrays would all detect different frequencies of gravitational waves and thus are sensitive to various types of merger events.


Real Death Star Could Strike Earth

A beautiful pinwheel in space might one day blast Earth with death rays, scientists now report.

Unlike the moon-sized Death Star from Star Wars, which has to get close to a planet to blast it, this blazing spiral has the potential to burn worlds from thousands of light-years away.

"I used to appreciate this spiral just for its beautiful form, but now I can't help a twinge of feeling that it is uncannily like looking down a rifle barrel," said researcher Peter Tuthill, an astronomer at the University of Sydney.

The fiery pinwheel in space in question has at its heart a pair of hot, luminous stars locked in orbit with each other. As they circle one another, plumes of streaming gas driven from the surfaces of the stars collide in the intervening space, eventually becoming entangled and twisted into a whirling spiral by the orbits of the stars.

The pinwheel, named WR 104, was discovered eight years ago in the constellation Sagittarius. It rotates in a circle "every eight months, keeping precise time like a jewel in a cosmic clock," Tuthill said.

Both the massive stars in WR 104 will one day explode as supernovae. However, one of the pair is a highly unstable star known as a Wolf-Rayet, the last known stable phase in the life of these massive stars right before a supernova.

"Wolf-Rayet stars are regarded by astronomers as ticking bombs," Tuthill explained. The 'fuse' for this star "is now very short &mdash to an astronomer &mdash and it may explode any time within the next few hundred thousand years."

When the Wolf-Rayet goes supernova, "it could emit an intense beam of gamma rays coming our way," Tuthill said. "If such a 'gamma ray burst' happens, we really do not want Earth to be in the way."

Since the initial blast would travel at the speed of light, there would be no warning of its arrival.

Firing line

Gamma ray bursts are the most powerful explosions known in the universe. They can loose as much energy as our sun during its entire 10 billion year lifetime in anywhere from milliseconds to a minute or more.

The spooky thing about this pinwheel is that it appears to be a nearly perfect spiral to us, according to new images taken with the Keck Telescope in Hawaii. "It could only appear like that if we are looking nearly exactly down on the axis of the binary system," Tuthill said.

The findings are detailed in the March 1 issue of Astrophysical Journal.

Unfortunately for us, gamma ray bursts seem to be shot right along the axis of systems. In essence, if this pinwheel ever releases a gamma ray burst, our planet might be in the firing line.

"This is the first object that we know of that might release a gamma ray burst at us," said astrophysicist Adrian Melott at the University of Kansas in Lawrence, who did not participate in this study. "And it's close enough to do some damage."

This pinwheel is about 8,000 light years away, roughly a quarter of the way to the center of the Milky Way Galaxy. While this might seem far, "earlier research has suggested that a gamma ray burst &mdash if we are unfortunate enough to be caught in the beam &mdash could be harmful to life on Earth out to these distances," Tuthill said.

What might happen

Although the pinwheel can't blast Earth apart like the Death Star from Star Wars &mdash at least not from 8,000 light years away &mdash it could still cause mass extinction or possibly even threaten life as we know it on our planet.

Gamma rays would not penetrate Earth's atmosphere well to burn the ground, but they would chemically damage the stratosphere. Melott estimates that if WR 104 were to hit us with a burst 10 seconds or so long, its gamma rays could deplete about 25 percent of the world's ozone layer, which protects us from damaging ultraviolet rays. In comparison, the recent human-caused thinning of the ozone layer, creating "holes" over the polar regions, have only been depletions of about 3 to 4 percent, he explained.

"So that would be very bad," Melott told SPACE.com. "You'd see extinctions. You might see food chain collapses in the oceans, might see agricultural crises with starvation."

Gamma ray bursts would also trigger smog formation that could blot out sunlight and rain down acid. However, at 8,000 light-years away, "there's probably not a large enough effect there for much of a darkening effect," Melott estimated. "It'd probably cut off 1 or 2 percent of total sunlight. It might cool the climate somewhat, but it wouldn't be a catastrophic ice age kind of thing."

Cosmic ray danger

One unknown about gamma ray bursts is how many particles they spew as cosmic rays.

"Normally the gamma ray bursts we see are so far away that magnetic fields out in the universe deflect any cosmic rays we might observe from them, but if a gamma ray burst was pretty close, any high-energy particles would blast right through the galaxy's magnetic field and hit us," Melott said. "Their energies would be so high, they would arrive at almost the same time as the light burst."

"The side of the Earth facing the gamma ray burst would experience something like getting irradiated by a not-too-distant nuclear explosion, and organisms on that side might see radiation sickness. And the cosmic rays would make the atmospheric effects of a gamma ray burst worse," Melott added. "But we just don't know how many cosmic rays gamma ray bursts emit, so that's a danger that's not really understood."

It remains uncertain just how wide the beams of energy that gamma ray bursts release are. However, any cone of devastation from the pinwheel would likely be several hundred square light-years wide by the time it reached Earth, Melott estimated. Tuthill told SPACE.com "it would be pretty much impossible to for anyone to get far enough to be out of the beam in a spaceship if it really is coming our way."

Still, Tuthill noted this pinwheel might not be the death of us.

"There are still plenty of uncertainties &mdash the beam could pass harmlessly to the side if we are not exactly on the axis, and nobody is even sure if stars like WR 104 are capable of producing a fully-fledged gamma-ray burst in the first place," he explained.

Future research should focus on whether WR 104 really is pointed at Earth and on better understanding how supernovae produce gamma ray bursts.

Melott and others have speculated that gamma ray bursts might have caused mass extinctions on Earth. But when it comes to whether this pinwheel might pose a danger to us, "I would worry a lot more about global warming," Melott said.


Painstaking Pulsar Measurements That Took 14 Years Just Confirmed General Relativity

After 14 years of staring at a dead star, astronomers have once again confirmed Einstein's theory of general relativity. PSR J1906+0746, a pulsar 25,000 light-years away, slightly wobbles as it spins - an effect that could see its pulses disappear from our sky in less than a decade.

It's called precession, a phenomenon predicted by general relativity that has only ever been observed in very few pulsars. The new findings could help us set a limit on the number of binary pulsars in the galaxy, in turn helping us figure out the expected rate of binary neutron star collisions.

Pulsars are perhaps the most useful stars in the sky. They are rapidly spinning neutron stars with jets of bright radio waves emitting from their magnetic poles. As they spin, these beams can sweep past Earth, depending how the star is oriented: a bit like a lighthouse.

They're also incredibly precise, with rotations that can be predicted up to millisecond scales. These so-called millisecond pulsars can keep such precise time that they could guide future space navigation.

But even the majority of pulsars - ones that don't have that millisecond level of precision - are still useful, particularly for tests of general relativity. That's because, according to general relativity, pulsars in binary systems should have a slight axial wobble (think of a slowing-down spinning top). This is axial precession.

Since neutron stars are so dense - 1.4 times the mass of the Sun, packed down into a stellar core just 20 kilometres (12 miles) in diameter - their gravitational intensity is expected to warp space-time.

When the spin orientation isn't aligned properly with the orientation of the binary orbit, this should pull the pulsar's spin into an axial precession. Such misalignment is thought to be caused by, for example, an asymmetric supernova explosion.

So, as the pulsar wobbles on its axis, we should be able to detect changes in its pulse profile.

When PSR J1906+0746 was discovered in 2004, it showed two distinct twisted, or polarised, emissions (beams) per rotation. However, when a team of astronomers led by Gregory Desvignes from the Max Planck Institute for Radio Astronomy went looking in the archival data collected by the Parkes Observatory radio telescope, they found just one beam.

To figure out what was going on with their study subject, between 2005 and 2009 using the Nançay and Arecibo radio telescopes, and between 2012 to 2018 using Arecibo, the team monitored PSR J1906+0746.

When they started observing the star in 2005, they saw both beams per rotation that had been detected in 2004. Gradually, the beam from the star's north pole became weaker by 2016, it had disappeared entirely.

The team predicted that the polarisation data contained information about the precession of the pulsar. They modelled this data, extending it back in time 50 years, and then compared it to the observational data from the pulsar.

It matched, with an uncertainty level of just five percent, perfectly matching the predictions of general relativity - as well as predictions about the polarisation properties of pulsars published 50 years ago by Venkatraman Radhakrishnan and David Cooke.

The team also realised that Earth's line-of-sight had crossed the pulsar's magnetic pole in a north-to-south direction, meaning they could map the pulsar beam - which in turn allowed them to determine the proportion of the sky illuminated by the beam.

This helps estimate the number of neutron star binaries in the galaxy, which can help determine how many of them should be colliding, producing gravitational waves.

And their model didn't just work backwards. Seeing how it fit the observational data meant they could predict forwards, too. The team believes that the southern beam is also going to disappear from view, sometime around 2028.

It should reappear sometime between 2070 and 2090, with the northern beam reappearing between 2085 and 2105.

"Pulsars can provide tests of gravity that cannot be done in any other way," said astronomer Ingrid Stairs from the University of British Columbia. "This is one more beautiful example of such a test."