Les scientifiques ont découvert les premières éclipses de rayons gamma d’un type spécial de système stellaire binaire en utilisant les données du télescope spatial Fermi Gamma-ray de la NASA. Ces soi-disant systèmes d’araignées contiennent chacun un pulsar – les restes tremendous denses et en rotation rapide d’une étoile qui a explosé en supernova – qui érode lentement son compagnon.
Une équipe internationale de scientifiques a parcouru moreover d’une décennie d’observations de Fermi pour trouver sept araignées qui subissent ces éclipses, qui se produisent lorsque l’étoile compagne de faible masse passe devant le pulsar de notre issue de vue. Les données leur ont permis de calculer l’inclinaison des systèmes par rapport à notre champ de vision et à d’autres informations.
“L’un des objectifs les moreover importants de l’étude des araignées est d’essayer de mesurer les masses des pulsars”, a déclaré Colin Clark, astrophysicien à l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle à Hanovre, en Allemagne, qui a dirigé les travaux. “Les pulsars sont essentiellement des boules de la matière la furthermore dense que nous puissions mesurer. La masse maximale qu’ils peuvent atteindre limite la physique dans ces environnements extrêmes, qui ne peuvent pas être reproduits sur Terre.”
Un post sur l’étude a été publié le 26 janvier dans Nature Astronomy.
Les systèmes d’araignées se développent parce qu’une étoile dans un binaire évolue as well as rapidement que son partenaire. Lorsque l’étoile la plus enormous devient supernova, elle laisse derrière elle un pulsar. Ce vestige stellaire émet des faisceaux de lumière à plusieurs longueurs d’onde, y compris des rayons gamma, qui entrent et sortent de notre champ de eyesight, créant des impulsions si régulières qu’elles rivalisent avec la précision des horloges atomiques.
Au début, un pulsar d’araignée “se nourrit” de son compagnon en siphonnant un flux de gaz. Au fur et à mesure que le système évolue, l’alimentation s’arrête lorsque le pulsar commence à tourner plus rapidement, générant des écoulements de particules et des radiations qui surchauffent le côté opposé du compagnon et l’érodent.
Les scientifiques divisent les systèmes d’araignées en deux sorts nommés d’après des espèces d’araignées dont les femelles mangent parfois leurs petits compagnons. Les veuves noires contiennent des compagnons avec moins de 5% de la masse du Soleil. Les systèmes Redback hébergent des compagnons furthermore grands, à la fois en taille et en masse, pesant entre 10% et 50% du Soleil.
“Avant Fermi, nous ne connaissions qu’une poignée de pulsars qui émettaient des rayons gamma”, a déclaré Elizabeth Hays, scientifique du projet Fermi au Goddard Space Flight Heart de la NASA à Greenbelt, Maryland. “Après in addition d’une décennie d’observations, la mission en a identifié as well as de 300 et collecté un extensive ensemble de données presque ininterrompu qui permet à la communauté de faire de la science pionnière.”
Les chercheurs peuvent calculer les masses des systèmes d’araignées en mesurant leurs mouvements orbitaux. Les observations en lumière noticeable peuvent mesurer la vitesse à laquelle le compagnon se déplace, tandis que les mesures radio révèlent la vitesse du pulsar. Cependant, ceux-ci reposent sur le mouvement vers et loin de nous. Pour un système presque visible, de tels changements sont légers et potentiellement déroutants. Les mêmes signaux pourraient également être produits par un système en orbite plus petit et plus lent, vu de côté. Connaître l’inclinaison du système par rapport à notre ligne de visée est important pour mesurer la masse.
L’angle d’inclinaison est normalement mesuré à l’aide de la lumière seen, mais ces mesures s’accompagnent de troubles potentielles. Lorsque le compagnon orbite autour du pulsar, son côté surchauffé apparaît et disparaît, créant une fluctuation de la lumière seen qui dépend de l’inclinaison. Cependant, les astronomes en apprennent encore sur le processus de surchauffe, et les modèles avec différents modèles de chauffage prédisent parfois différentes masses de pulsars.
Les rayons gamma, cependant, ne sont générés que par le pulsar et ont tellement d’énergie qu’ils se déplacent en ligne droite, non affectés par les débris, à moins qu’ils ne soient bloqués par le compagnon. Si les rayons gamma disparaissent de l’ensemble de données d’un système d’araignées, les scientifiques peuvent en déduire que le compagnon a éclipsé le pulsar. À partir de là, ils peuvent calculer l’inclinaison du système dans notre ligne de visée, les vitesses des étoiles et la masse du pulsar.
PSR B1957+20, ou B1957 en abrégé, était la première veuve noire connue, découverte en 1988. Des modèles antérieurs pour ce système, construits à partir d’observations en lumière visible, ont déterminé qu’il était incliné d’environ 65 degrés dans notre ligne de visée et le pulsar. masse était de 2,4 fois celle du Soleil. Cela ferait de B1957 le pulsar le as well as lourd connu, chevauchant la limite de masse théorique entre le pulsar et le trou noir.
En examinant les données de Fermi, Clark et son équipe ont trouvé 15 photons gamma manquants. La synchronisation des impulsions de rayons gamma de ces objets est si fiable que 15 photons manquants sur une décennie sont suffisamment importants pour que l’équipe puisse déterminer que le système est en prepare de s’éclipser. Ils ont ensuite calculé que le binaire est incliné de 84 degrés et que le pulsar ne pèse que 1,8 fois as well as que le Soleil.
“Il y a une quête pour trouver des pulsars massifs, et ces systèmes d’araignées sont considérés comme l’un des meilleurs moyens de les trouver”, a déclaré Matthew Kerr, co-auteur du nouvel report et physicien de recherche au US Naval Exploration Laboratory à Washington.. “Ils ont subi un processus très extrême de transfert de masse de l’étoile compagne au pulsar. Une fois que nous aurons vraiment affiné ces modèles, nous saurons avec certitude si ces systèmes d’araignées sont moreover massifs que le reste de la population de pulsars..”
Le Fermi Gamma-ray Space Telescope est un partenariat d’astrophysique et de physique des particules géré par Goddard. Fermi a été développé en collaboration avec le département américain de l’énergie, avec d’importantes contributions d’institutions universitaires et de partenaires en France, en Allemagne, en Italie, au Japon, en Suède et aux États-Unis.