Une étude, dont les résultats intitulés «Magnetic field strength of a neutron-star-powered ultraluminous X-ray source» sont publiés dans la revue Nature Astronomy, laisse penser qu'une source de rayons X ultralumineuse dans la galaxie M51 (*), appelée également galaxie du Tourbillon (Whirlpool Galaxy), est causée par une étoile à neutrons.

Rappelons tout d'abord que les sources X ultralumineuses (Ultraluminous X-ray source ou ULX) (**), situées dans les parties externes des galaxies, loin des trous noirs supermassifs qu'elles abritent, sont des sources de rayons X pouvant être aussi lumineuse dans ce type de rayonnement que quelques millions d'étoiles. Comme cause d'une telle luminosité dans le domaine des rayons X, deux types de candidats ont été proposés.

Les premiers candidats peuvent être les trous noirs intermédiaires ayant une masse allant de 100 à 100.000 masses solaires, car «une application naïve de la formule classique donnant la luminosité d'un objet compact accrétant de la matière» indique «une masse au moins égale à 10 masses solaires, ce qui est au-dessus de la masse limite pour une étoile à neutrons».

Les seconds candidats peuvent être, malgré tout, des étoiles à neutrons mais «en régime d'accrétion supercritique» qui génère «une luminosité qualifiée de super-Eddington» (en effet, si en 1921 Arthur Eddington a découvert qu'il existait une limite maximale à la luminosité d'une étoile de masse donnée, il existe des processus exotiques qui permettent de dépasser cette limite).

C'est un candidat du second groupe que l'étude ici présentée aurait détecté en s'appuyant sur les observations réalisées par Chandra d'une ULX dans la galaxie M51 «dans la constellation des Chiens de chasse (***), à environ 27 millions d'années-lumière de la Voie lactée». En fait, il s'agit d'un «couple de galaxies composé d'une galaxie spirale massive (dont le diamètre est estimé à 100.000 années-lumière) et d'une petite galaxie irrégulière» et l'ULX se trouve précisément dans la galaxie spirale.

Les archives des observations de Chandra ont permis de trouver dans les spectres «la présence d'une raie d'absorption bien particulière ne pouvant être causée que par le phénomène de diffusion résonante cyclotron (en anglais cyclotron resonance scattering) des rayons X» qui «se produit avec des particules chargées sur des orbites circulaires du fait qu'elles sont plongées dans un champ magnétique, orbites qui sont si petites que l'on doit faire intervenir la mécanique quantique qui leur prédit alors des niveaux d'énergie analogues à ceux des électrons dans un atome et que l'on appelle des niveaux de Landau» (****).

Ce phénomène permet d'estimer la valeur du champ magnétique dans lequel se déplacent les particules chargées, que ce soit des protons ou des électrons. Comme «l'intensité de ce champ est très élevée dans le cas de l'ULX de M51», le phénomène «est parfaitement compatible avec la présence d'une étoile à neutrons» et «semble clairement exclure un trou noir». Cependant, il n'y a pas encore «assez de données pour savoir si les particules sur les niveaux de Landau sont des électrons ou des protons».

Lien externe complémentaire (source Simbad)

(*) M51 (galaxie du Tourbillon)

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

(**) Source X ultralumineuse

(***) constellation des Chiens de chasse

(****) Quantification de Landau