Il y a un objet binaire brillant aux rayons X dans notre galaxie appelé Hercules X-1 qui souffle un vent puissant dans l’espace environnant. Le système se compose d’une étoile à neutrons associée à une étoile semblable au soleil. L’étoile à neutrons éloigne la matière de son compagnon. Son accrétion qui en résulte tourne rapidement, ce qui attise des vents puissants. Ils affectent la région de l’espace voisin. C’est étrangement similaire à la façon dont le trou noir central d’un quasar envoie des vents pour influencer l’ensemble de sa galaxie hôte.
Une équipe dirigée par Peter Kosec, chercheur postdoctoral au Massachusetts Institute of Technology (MIT), a voulu mesurer les vents soufflant du disque d’accrétion d’Hercules X-1. C’est parce que son oscillation leur donne une perspective unique.
“Le disque oscille vraiment au fil du temps tous les 35 jours, et les vents proviennent de quelque part dans le disque et traversent notre ligne de visée à différentes hauteurs au-dessus du disque avec le temps”, a déclaré Kosec. “C’est une propriété tout à fait unique de ce système qui nous permet de mieux comprendre ses propriétés de vent vertical.”
En profitant de l’oscillation (appelée « précession ») qu’il subit, l’équipe de Kosec a obtenu des mesures du vent sous différentes perspectives. Le résultat est une carte bidimensionnelle de la forme et de la structure verticales du vent. Les mesures ont également suivi des vitesses de vent variables à différentes lignes de visée, allant de 250 à 800 km/sec. L’analyse de l’équipe suggère que les variations du vent sont liées à l’oscillation du disque. Il semble que la « structure » du vent précède avec le disque.
“Prendre des rayons X” du disque et des vents de l’étoile à neutrons
L’équipe a utilisé deux télescopes à rayons X, le XMM-Newton de l’ESA et l’observatoire Chandra de la NASA, pour observer Hercules X-1. Cela a fourni une vue du bord du disque en rotation de l’étoile à neutrons se déplaçant de haut en bas pendant qu’il vacillait. « Ce que nous mesurons est un spectre de rayons X, c’est-à-dire la quantité de photons de rayons X qui arrivent à nos détecteurs, par rapport à leur énergie. Nous mesurons les raies d’absorption ou le manque de rayons X à des énergies très spécifiques », a déclaré Kosec. “D’après le rapport de la force des différentes lignes, nous pouvons déterminer la température, la vitesse et la quantité de plasma dans le vent du disque.”
Les observations ont montré des signes de vents de disque à des hauteurs changeantes, plutôt qu’à une seule hauteur fixe au-dessus d’un disque en rotation uniforme. Les raies d’émission et d’absorption des rayons X ont révélé la température et la densité des vents à différentes hauteurs au-dessus du disque. Ces données ont ensuite été utilisées pour construire une carte bidimensionnelle de la structure verticale du vent. “Ce que nous voyons, c’est que le vent s’élève du disque, à un angle d’environ 12 degrés par rapport au disque alors qu’il se dilate dans l’espace”, explique Kosec. “Il devient également plus froid et plus grumeleux, et plus faible à des hauteurs plus élevées au-dessus du disque.”
Vents d’étoiles à neutrons et vents de quasars
À première vue, l’action du vent autour d’Hercule X-1 semble similaire à ce qui se passe autour des trous noirs supermassifs au cœur des galaxies. Les quasars, par exemple, ont ces trous noirs intégrés avec des vents soufflant de leurs disques d’accrétion. Pour la plupart des systèmes de disques d’accrétion, cependant, les astronomes ont des points de vue très limités. Ils n’en voient pas toujours un vaciller, comme le fait Hercule X-1.
Kosac souligne que si les astronomes peuvent cartographier les vents du disque autour d’une variété d’objets, des étoiles à neutrons aux noyaux de quasars, cela pourrait leur donner beaucoup plus d’informations sur la façon dont ces objets influencent leur environnement. Ils pourraient jouer un rôle dans la formation d’autres actions dans l’univers en général. Pour en savoir plus, les astronomes doivent mesurer davantage de systèmes oscillants. Leur cartographie pourrait donner un aperçu de la façon dont les vents du disque influencent la formation et l’évolution des systèmes stellaires. Dans le cas des quasars, cela pourrait les aider à comprendre l’influence sur des galaxies entières.
Détermination des origines du vent du disque
Les vents de disque sont en fait le résultat du disque d’accrétion autour d’un objet massif qui attire la matière. Considérez-les comme de gigantesques tourbillons de gaz et de poussière souvent observés autour des étoiles à neutrons et des trous noirs. Pendant qu’ils tournent, ils attisent ces vents puissants qui poussent et tirent sur le plasma dans le disque. À leur puissance maximale, les vents du disque de ces objets chauffent et chassent le gaz et la poussière.
On ne sait pas tout à fait comment les vents se sont déclenchés en premier lieu. Dans un système binaire à rayons X, ils pourraient être le résultat du rayonnement de l’étoile à neutrons chauffant et évaporant la surface du disque. Le matériau pourrait déchiqueter le disque et créer des rafales de vent. Ou bien, le champ magnétique extrêmement puissant de l’étoile à neutrons pourrait déchiqueter le disque et projeter des matériaux dans l’espace. Ces dernières observations du MIT pourraient fournir un outil précieux pour analyser la formation de tous ces vents.
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