J2030 X-Ray et Optique. Crédit : Rayon X : NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries ; Optique : NSF/AURA/Gemini Consortium.
Les astronomes ont imagé un faisceau de matière et d’antimatière de 40 trillions de kilomètres de long avec ;” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>NASA’s Chandra X-ray Observatory. The record-breaking beam is powered by a pulsar, a rapidly rotating collapsed star with a strong magnetic field.
With its tremendous scale, this beam may help explain the surprisingly large numbers of positrons, the antimatter counterparts to electrons, throughout the Milky Way galaxy.
Les astronomes ont d’abord découvert le faisceau, ou filament, en 2020, mais ils ne connaissaient pas sa longueur totale car il s’étendait au-delà du bord du détecteur Chandra. De nouvelles observations Chandra réalisées par la même paire de chercheurs en février et novembre 2021 montrent que le filament est environ trois fois plus long que ce qui avait été vu initialement. Le filament s’étend sur environ la moitié du diamètre de la pleine Lune sur le ciel, ce qui en fait le plus long d’un pulsar vu de la Terre.
“Il est étonnant qu’un pulsar de seulement 15 km de diamètre puisse créer une structure si grande que nous pouvons la voir à des milliers d’années-lumière de distance”, a déclaré Martijn de Vries de l’Université Stanford à Palo Alto, en Californie, qui a dirigé l’étude. “Avec la même taille relative, si le filament s’étendait de New York à Los Angeles, le pulsar serait environ 100 fois plus petit que le plus petit objet visible à l’œil nu.”
J2030 X-Ray et Optique grand champCrédit : NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries
Le pulsar est nommé PSR J2030+4415 et est situé à environ 1 600 années-lumière de la Terre. Cet objet de la taille d’une ville tourne sur lui-même environ trois fois par seconde, soit plus vite que la plupart des ventilateurs de plafond.
Ce résultat pourrait permettre de mieux comprendre la source de l’antimatière de la Voie lactée, qui est similaire à la matière ordinaire mais dont les charges électriques sont inversées. Par exemple, un positron est l’équivalent de l’électron chargé positivement.
La grande majorité de l’univers est constituée de matière ordinaire et non d’antimatière. Cependant, les scientifiques continuent à trouver des preuves de la présence d’un nombre relativement important de positrons dans les détecteurs sur Terre, ce qui conduit à la question suivante : Quelles sont les sources possibles de cette antimatière ?
Champ complet des rayons X de J2030. Crédit : NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries
Les chercheurs de la nouvelle étude Chandra pensent que les pulsars comme PSR J2030+4415 peuvent être une réponse. La combinaison de deux extrêmes – la rotation rapide et les champs magnétiques élevés des pulsars – entraîne une accélération des particules et un rayonnement à haute énergie qui crée des paires d’électrons et de positrons. (Le processus habituel de conversion de la masse en énergie, déterminé de façon célèbre par l’équation E = mc2 d’Albert Einstein, est inversé, et l’énergie est convertie en masse).
Le pulsar peut laisser échapper ces positrons dans la galaxie. Les pulsars génèrent des vents de particules chargées qui sont généralement confinées dans leurs puissants champs magnétiques. Le pulsar se déplace dans l’espace interstellaire à environ un million de kilomètres par heure, avec le vent qui le suit. Un choc de gaz se déplace à l’avant du pulsar, comme un amoncellement d’eau devant un bateau en mouvement. Cependant, il y a environ 20 à 30 ans, le mouvement du choc avant semble s’être arrêté, et le pulsar l’a rattrapé, ce qui a entraîné une interaction avec le champ magnétique interstellaire, en ligne presque droite de gauche à droite.
J2030 X-Ray et Optique en gros plan. Crédit : Rayon X : NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries ; Optique : NSF/AURA/Gemini Consortium.
“Cela a probablement déclenché une fuite de particules”, a déclaré le co-auteur Roger Romani, également de Stanford. “Le champ magnétique du vent du pulsar s’est lié au champ magnétique interstellaire, et les électrons et positrons de haute énergie ont jailli à travers une buse formée par la connexion.”
Les particules se sont ensuite déplacées le long de cette ligne de champ magnétique interstellaire à environ un tiers de la vitesse de la lumière, et l’ont éclairée aux rayons X. Cela a produit le long filament que l’on peut voir dans le ciel. Cela a produit le long filament vu par Chandra.
Auparavant, les astronomes ont observé de grands halos autour de pulsars proches dans la lumière gamma qui impliquentLes positrons énergétiques ont généralement du mal à s’échapper dans la galaxie. Cette situation compromet l’idée que les pulsars expliquent l’excès de positrons que les scientifiques détectent. Cependant, les filaments de pulsars qui ont été récemment découverts, comme PSR J2030+4415, montrent que les particules peuvent effectivement s’échapper dans l’espace interstellaire, et pourraient éventuellement atteindre la Terre.
Référence : “Le long filament de PSR J2030+4415” par Martijn de Vries et Roger W. Romani, Accepté, The Astrophysical Journal.
arXiv:2202.03506
Un article décrivant ces résultats sera publié dans The Astrophysical Journal. Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques depuis Cambridge, Massachusetts, et les opérations de vol depuis Burlington, Massachusetts.
