La formation d'un magnétar

L'énigme de la formation d'un magnétar enfin résolue ?

Les magnétars constituent les étranges vestiges extrêmement denses d'explosions de supernovae. Ce sont les aimants les plus puissants connus dans l'Univers - leur intensité est des millions de fois supérieure à celle des aimants les plus puissants qui existent sur Terre. Une équipe d'astronomes européens pense avoir découvert l'étoile compagnon d'un magnétar. Cette découverte inédite effectuée au moyen du Très Grand Télescope (VLT) de l'ESO permet d'expliquer le processus de formation des magnétars - une énigme vieille de 35 ans - et de comprendre la raison pour laquelle cette étoile particulière ne s'est pas effondrée sous son propre poids pour donner lieu à un trou noir, comme les astronomes pourraient s'y attendre.



Lorsqu'une étoile massive s'effondre sous son propre poids au cours d'une explosion de supernova, elle donne lieu, soit à une étoile à neutrons, soit à un trou noir. Les magnétars constituent une forme rare et exotique à la fois d'une étoile à neutrons. A l'instar des autres objets insolites, ils sont caractérisés par de faibles dimensions et une densité extrême - une cuillère à café de matière constituant une étoile à neutrons pèserait plusieurs milliards de tonnes - ainsi que des champs magnétiques extrêmement puissants. Les croûtes des magnétars sont soumises à d'énormes contraintes dont la libération se traduit par de brusques tremblements en surface - ou tremblements d'étoiles - ainsi que la libération de vastes quantités d'énergie sous la forme de rayons gamma.

L'amas d'étoiles Westerlund 1 (1), situé à 16 000 années lumière de la Terre dans la constellation australe de l'autel (Ara), abrite l'un des vingt-quatre magnétars connus de la Voie Lactée. Baptisé CXOU J164710.2-455216, il a beaucoup intrigué les astronomes.

"Dans notre étude précédente, nous avons démonté que le magnétar situé dans l'amas Westerlund 1 devait être né de l'explosion d'une étoile en fin de vie 40 fois plus massive environ que le Soleil. Toutefois, cette hypothèse se heurte à la théorie bien établie selon laquelle des étoiles aussi massives doivent normalement s'effondrer pour donner lieu à des trous noirs, non à des étoiles à neutrons.Nous n'avions pas compris le processus qui avait conduit cette étoile à se changer en magnétar", nous confie Simon Clark, auteur principal de l'article synthétisant ces résultats.

Les astronomes ont proposé une solution à ce problème. Ils ont envisagé que le magnétar soit né des interactions entre deux étoiles très massives qui sont en orbite l'une autour de l'autre et formant unsystème binaire si compact qu'il tiendrait à l'intérieur de l'orbite de la Terre autour du Soleil. Jusqu'à présent toutefois, aucune étoile compagnon n'avait été détectée à proximité du magnétar au sein de l'amas Westerlund 1. Les astronomes sont donc partis à sa recherche et ont scruté d'autres zones del'amas au moyen du VLT. Ils ont cherché des étoiles fuyantes - des objets s'échappant de l'amas à de grandes vitesses - qui ont dû être expulsées de leurs orbites par l'explosion de la supernova qui a engendré le magnétar. Une étoile, baptisée Westerlund 1-5 (2), remplit précisément ces critères.

"Cette étoile est non seulement dotée de la vitesse élevée qu'aurait pu lui conférer l'explosion d'une supernova, mais également de la faible masse, de la forte luminosité et de la grande proportion de carbone impossibles à obtenir dans une étoile isolée. L'ensemble de ces éléments plaide en faveur de son appartenance originelle à un système binaire, de sa formation aux côtés d'un compagnon stellaire", ajoute Ben Ritchie (Université Libre), co-auteur de la nouvelle étude.

Cette découverte a permis aux astronomes de reconstituer le processus de formation du magnétar, en lieu et place du trou noir prévu par la théorie (3). Dans un premier temps, l'étoile la plus massive des deux a commencé à perdre son carburant, transférant ses enveloppes externes à son compagnon moins massif - qui deviendra ensuite le magnétar - et lui impulsant une vitesse de rotation toujours plus élevée. Cette rotation rapide semble avoir joué un rôle essentiel dans la formation du champ magnétique très intense du magnétar.

Dans un second temps, et suite à ce transfert de masse, l'étoile compagnon est devenue si massive qu'à son tour, elle a expulsé une vaste quantité de la matière récemment accrétée. La plupart de cette matière a disparu, une faible quantité a toutefois été restituée à l'étoile dont elle provenait. Cette étoile continue aujourd'hui encore de briller et a été baptisée Westerlund 1-5.

"C'est cet échange de matière qui a doté Westerlund 1-5 de cette improbable signature chimique. Il a par ailleurs occasionné une perte de masse si importante chez son compagnon que ce dernier s'est changé en magnétar, plutôt qu'en trou noir. Un régime aux conséquences cosmiques !" conclut Francisco Najarro (Centre d'Astrobiologie, Espagne), également membre de l'équipe.

Il apparaît ainsi qu'être l'un des composants d'un système binaire constitue un ingrédient essentiel de la recette conduisant à la formation d'un magnétar. La rotation rapide engendrée par le transfert de masse entre les deux étoiles semble nécessaire à la génération d'un champ magnétique ultra intense, puis le régime subi par le magnétar en devenir lors d'un second transfert de masse semble suffisant pour qu'il ne se change pas en trou noir à sa mort.