Pour la première fois, des astronomes ont directement cartographié le champ magnétique autour d’un pulsar en mouvement, confirmant une théorie de longue date sur la façon dont ces étoiles mortes injectent des particules de haute énergie dans la Voie lactée.
À l’aide de l’IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) de la NASA, des scientifiques ont mesuré le champ magnétique du pulsar PSR J1101-6101, l’étoile à neutrons en rotation rapide au cœur de la nébuleuse dite du « Phare ». Les résultats, publiés le 9 juillet dans The Astrophysical Journal, montrent que les particules les plus énergétiques s’échappant du pulsar s’écoulent le long des lignes de champ magnétique de la galaxie, tels des navires suivant un chenal.
Un cadavre stellaire supersonique
Les pulsars sont les vestiges ultra-denses d’étoiles massives ayant explosé en supernovae. Le noyau restant, une étoile à neutrons, concentre plus de masse que le Soleil dans une sphère de la taille d’une ville et tourne à des vitesses vertigineuses. PSR J1101-6101 effectue environ 16 rotations par seconde. Son puissant champ magnétique balaie des faisceaux de radiation à travers le cosmos tel un phare, donnant son nom à la nébuleuse.
Ce pulsar particulier se déplace à une vitesse supersonique dans l’espace interstellaire, ayant été propulsé par l’explosion asymétrique de sa supernova. En traversant le milieu galactique, des particules de haute énergie émises par le pulsar entrent en collision avec le gaz ambiant, créant un choc d’étrave similaire à la vague qui se forme à la proue d’un bateau.
La plupart de ces particules sont piégées derrière le choc d’étrave, formant une queue turbulente. L’observatoire à rayons X Chandra de la NASA avait auparavant capturé cette queue s’étendant sur plus de 37 années-lumière, ce qui en faisait le plus long jet provenant d’un objet jamais observé dans la Voie lactée à l’époque.
Mais un fin diverticule de rayons X connu sous le nom de « filament » s’étend encore plus loin du pulsar. Depuis 2008, les chercheurs émettent l’hypothèse que ce filament se forme lorsque les particules les plus énergétiques traversent le choc d’étrave et s’échappent dans l’espace interstellaire, chevauchant les lignes de champ magnétique de la galaxie.
La preuve irréfutable
Jack Dinsmore, un étudiant de premier cycle à l’université Stanford qui a dirigé l’étude, souhaitait mettre cette hypothèse à l’épreuve.
« Nous voulions tester cette théorie, a déclaré Dinsmore. La “preuve irréfutable” viendrait de la mesure de la polarisation de la lumière, qui indique la direction du champ magnétique. Si le champ magnétique pointe le long du filament, cela confirme que les particules du filament s’écoulent le long du champ. »
L’IXPE a passé près de 18 jours en juin 2025 braqué sur la nébuleuse du Phare. Mesurer la polarisation d’une nébuleuse aussi faible a nécessité le développement de nouvelles techniques d’analyse qui extrayaient chaque parcelle d’information des données.
L’expérience a fonctionné. Les mesures de l’IXPE ont montré avec une confiance supérieure à 99 % que le champ magnétique dans le filament est parallèle au flux de particules.
Ordre inattendu
Les données ont également révélé une surprise. Le degré de polarisation, une mesure de l’alignement des ondes lumineuses, était étonnamment élevé, indiquant une structure magnétique lisse et ordonnée, bien moins turbulente que ne le prévoyaient les modèles théoriques.
« De nombreux modèles pour les filaments supposent une forte turbulence magnétique, a déclaré Roger Romani de l’université Stanford. Le degré de polarisation élevé que nous avons mesuré indique une turbulence plus faible que ce qu’exigent ces modèles. »
Ces résultats remettent en question les modèles actuels du fonctionnement des nébuleuses de vent de pulsar et suggèrent que les mécanismes d’accélération des particules dans ces environnements extrêmes pourraient être plus organisés qu’on ne le pensait auparavant.
Deux mondes magnétiques différents
Un autre résultat frappant est apparu lorsque l’équipe a comparé les observations aux rayons X et aux ondes radio du même système. Alors que l’IXPE montrait le champ magnétique de la région émettant en rayons X aligné parallèlement au filament, les observations radio ont révélé un champ magnétique pointant presque exactement perpendiculaire.
Cette divergence fournit la première preuve claire que des particules de différentes énergies occupent des régions physiques distinctes au sein du système, suggérant la présence de multiples mécanismes d’accélération opérant simultanément.
« La divergence frappante des orientations du champ magnétique observée entre les longueurs d’onde radio et X fournit une preuve convaincante de la nature hautement structurée de ces objets, a déclaré Niccolò Bucciantini de l’Institut national d’astrophysique italien, co-auteur de l’étude. Cela marque la première indication claire que des particules de différentes énergies occupent des régions distinctes au sein du système, suggérant la présence de mécanismes d’accélération multiples, et potentiellement très différents. »
Pourquoi c’est important
Cette découverte éclaire un processus astrophysique fondamental : comment les pulsars, les cadavres en rotation d’étoiles mortes, ensemencent la galaxie en particules énergétiques et en champs magnétiques. Comprendre ce processus est essentiel pour déchiffrer la circulation plus large de la matière et de l’énergie dans la Voie lactée.
L’IXPE, une mission conjointe de la NASA et de l’Agence spatiale italienne avec des partenaires dans 12 pays, continue de fournir des données de polarimétrie X sans précédent. Dirigé par le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, l’observatoire ouvre une nouvelle fenêtre sur certains des objets les plus extrêmes de l’univers.
Pour le pulsar du Phare, la traînée qu’il trace à travers la galaxie n’est plus seulement une traînée de lumière. C’est une carte routière magnétique, illustrant comment des étoiles mortes depuis longtemps continuent de façonner le cosmos qui les entoure.
Traduit par Lydie