Un nouveau moyen de sonder la physique extrême
Lorsque les astronomes observent l'Univers dans les rayons X, ils voient deux types d'objets astronomiques dominants. D'une part les trous noirs géants, au cœur des grandes galaxies, qui dévorent férocement le matériel environnant. De l'autre les systèmes binaires, constitués d'une étoile à neutrons ou d'un trou noir qui capture de la matière de l'étoile compagnon. Dans les deux cas, néanmoins, le gaz forme un disque tourbillonnant autour de l'objet central très dense. La friction dans le disque chauffe le gaz, qui émet de la lumière avec un pic dans les rayons X. Depuis leur découverte dans les années 1960, les binaires X ont été intensément étudiées pour comprendre les processus d'accrétion en œuvre dans des conditions extrêmes. Financé par l'UE, le projet EXTREMEPHYSICS (The slowest accreting neutron stars and black holes: New ways to probe fundamental physics) s'est concentré sur les binaires X qui sont des centaines de fois plus faibles que les sources ordinaires. Les chercheurs pensaient que ces faibles sources de rayons X étaient des systèmes binaires spéciaux. Lorsque le projet a démarré, on ne connaissait qu'une poignée de binaires X très faibles, avec une accrétion continue et très faible. À l'aide d'une pléthore d'observations des satellites à rayons X actuellement en orbite, l'équipe d'EXTREMEPHYSICS a découvert de nouveaux systèmes et observé des transitoires X très faibles. Notre galaxie montre de nombreux phénomènes transitoires X, à partir de sources sombres et quiescentes qui subissent occasionnellement des explosions lumineuses de rayons X. La faible luminosité des explosions de ces transitoires X très faibles caractérisait une accrétion de masse très faible, remettant en cause la compréhension de leur évolution. Les scientifiques ont supposé qu'il s'agissait d'étoiles à neutrons et de trous noirs avec disque d'accrétion, et estimé la durée moyenne du taux d'accrétion des phénomènes transitoires. Cette valeur est importante pour les modèles d'évolution des binaires qui tentent d'expliquer la nature des sources X faibles. Les études sur plusieurs longues d'ondes ont montré que, au taux d'accrétion le plus faible, la géométrie du flux gazeux change de façon significative, offrant ainsi une nouvelle entrée pour les modèles d'accrétion. De plus, les trous noirs se comportent différemment des étoiles à neutrons à des faibles taux d'accrétion, notamment car ils n'ont pas de surface. De nouvelles informations sur la structure de la croûte des étoiles à neutrons dans les systèmes binaires ont abouti à l'exploration de nouvelles voies théoriques en matière de réchauffement et de refroidissement des étoiles à neutrons avec disque d'accrétion. Notamment, les observations sur les explosions X thermonucléaires devraient conduire à de nouvelles théories adaptées à de très faibles taux d'accrétion. Avec un échantillon plus vaste des sources à rayons X faibles et des observations à plusieurs longueurs d'ondes, l'équipe EXTREMEPHYSICS a pu dévoiler les mécanismes physiques de ces objets puissants. Pour explorer plus avant, il faudra passer au crible les archives de données des satellites X, pour localiser davantage de sources de ce type.
Mots‑clés
Étoiles à neutrons, trous noirs, binaires X, EXTREMEPHYSICS, accrétion de masse