10 millions de fois plus lumineux que notre Soleil, cet objet céleste intrigue énormément

10 millions de fois plus lumineux que notre Soleil, cet objet céleste intrigue énormément. M82 X-2 est un mystère, au niveau macroscopique comme au niveau microscopique.

Tout, dans notre monde, est régi par des lois physiques. Encore faut-il les trouver. La luminosité des objets célestes d’une taille donnée, par exemple, est limitée par une certaine valeur, la « limite d’Eddington », au-delà de laquelle la pression de rayonnement est plus importante que la gravité. L’objet explose alors en morceaux. Comment expliquer alors que les sources X ultralumineuses (ULX) dépassent cette limite de 100 à 500 fois ?

10 millions de fois plus lumineux que notre Soleil, cet objet céleste intrigue énormément

Pendant très longtemps, les experts pensaient que la luminosité de ces objets était simplement surestimée. Aujourd’hui, cependant, des observations du NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA confirment que ce n’est pas le cas. L’une de ces sources, M82 X-2 dépasse largement la limite d’Eddington. Une prouesse rendue possible grâce à son champ magnétique intense : « ces observations nous permettent de voir les effets de ces champs magnétiques incroyablement puissants que nous ne pourrions jamais reproduire sur Terre avec la technologie actuelle », déclarait Matteo Bachetti, astrophysicien à l’Observatoire de Cagliari de l’Institut national d’astrophysique en Italie et auteur principal de l’étude.

Lorsqu’un objet atteint la limite d’Eddington, la lumière qu’il émet repousse normalement toute matière tombant vers lui. C’est donc la matière qui tombe sur une ULX qui est à l’origine de sa luminosité. Comme les trous noirs. Ce qui a d’ailleurs pendant longtemps fait croire aux astrophysiciens que les ULX étaient probablement des trous noirs. Mais en 2014, le NuSTAR révélait qu’une de ces sources, M82 X-2, n’était pas un trou noir mais une étoile à neutrons (un pulsar) – résultat de l’effondrement gravitationnel de certaines étoiles massives -. Ce sont des objets très denses, avec l’équivalent de la masse du Soleil dans un volume de seulement 20 à 40 km de diamètre. Cette extrême densité génère une attraction gravitationnelle en surface environ 100 billions de fois plus forte que la gravité terrestre. Le moindre matériau attiré à la surface a alors un effet explosif. Comme l’explique la NASA, « un marshmallow lâché à la surface d’une étoile à neutrons la frapperait avec l’énergie d’un millier de bombes à hydrogène ». Ces « chutes de matière » génèrent les rayons X de haute énergie détectés par NuSTAR.

M82 X-2 est un mystère, au niveau macroscopique comme au niveau microscopique

Ainsi, la luminosité extrême de M82 X-2 suggère qu’elle absorbe énormément de matière : « la décroissance orbitale observée est compatible avec le transfert de masse d’une étoile donneuse plus massive vers une étoile à neutrons », selon les chercheurs. Cette étoile « vole » en effet chaque année environ 9 billions de tonnes de matière à une étoile voisine, soit environ 1,5 Terre ! Ce transfert de masse a pu être estimé grâce à sept années de données du NuSTAR. Et les résultats concordent avec d’autres mesures indépendantes de sa luminosité : « la masse dont dispose l’accréteur est plus que suffisante pour justifier sa luminosité ». Point de mauvaise interprétation à cause d’une éventuelle illusion d’optique.

Mais quel phénomène permet donc à M82 X-2 de dépasser ainsi cette limite d’Eddington ? L’équipe suggère que les puissants champs magnétiques caractérisant les étoiles à neutrons pourraient déformer les atomes, leur donnant une forme allongée et filiforme. Ceci viendrait augmenter leur cohésion et réduire la capacité des photons à les repousser. Et cela augmenterait la luminosité maximale de l’objet. Ces champs magnétiques sont des milliards de fois plus puissants que les aimants les plus puissants jamais fabriqués sur Terre. Comme toujours, il faut des observations supplémentaires pour vérifier cette théorie : « C’est la beauté de l’astronomie… Nous ne pouvons pas vraiment mettre en place des expériences pour obtenir des réponses rapides ; nous devons attendre que l’Univers nous montre ses secrets », conclut Matteo Bachetti.