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Etoiles à neutrons isolées

par Christian Motch - 5 septembre 2008

Emission X

ROSAT a découvert un groupe de sept étoiles à neutrons isolées constituant une nouvelle classe d’objets proches (100 à 500 pc), situés loin de tout reste de supernova, dénuées d’émission radio et de température de surface supérieure à quelques 105K. Ces étoiles ont des périodes de rotation de l’ordre de quelques secondes. Leur spectre X est quasi identique à celui d’un corps noir, la seule discordance étant la présence de raies larges qui peuvent s’interpréter comme des raies cyclotron protoniques ou des raies de transitions atomiques en champ fort (P04.14). Les champs magnétiques déduits des raies sont de l’ordre de quelques 1013 G et sont compatibles avec ceux déduits du ralentissement de la rotation quand il est mesurable. L’absence de phénomène d’accrétion et d’activité magnéto-sphérique intense permet une vue directe de la surface de l’étoile et l’étude de la physique des atmosphères dans des conditions de gravité et de champ magnétique intenses.

Les mouvements propres de cinq des sept objets ont été mesurés à l’aide d’observations optiques au VLT pour les étoiles les plus brillantes (B = 26-27) et avec Chandra pour les sources les plus faibles. Les déplacements annuels mesurés de 70 à 200 mas par an excluent que ces étoiles puissent tirer leur énergie de l’accrétion à partir du milieu interstellaire, celle-ci n’étant efficace qu’à basse vitesse. La reconstitution des trajectoires passées montre qu’une grande fraction de ces objets est née dans la partie la plus proche de la ceinture de Gould dans l’association Sco OB2. Les temps de vol, de l’ordre de quelques 105 ans permettent de contraindre les mécanismes de refroidissement de ces étoiles (P03.8, P05.30). La population proche d’étoiles à neutrons détectée par ROSAT semble localement aussi nombreuse que celle des pulsars radio. Il se pourrait donc que les grands relevés radio soient aveugles à une fraction très importante de ces objets ou que les progéniteurs de la ceinture de Gould aient des propriétés particulières (distribution en âge par exemple). Pour trancher entre ces deux hypothèses, une recherche systématique d’étoiles à neutrons isolées a été entreprise dans le catalogue 2XMM incluant un programme de suivi optique au VLT et au télescope SOAR. D’autre part, des modèles de populations ont été développé en incluant une description précise des associations OB proches et de l’absorption interstellaire sur les lignes de visées. La comparaison des prédictions de ces modèles aux détections et aux valeurs limites déduites des archives XMM permet de contraindre de manière statistique les mécanismes physiques de refroidissement ainsi que les fonctions de masse des étoiles à neutrons. En parallèle est conduite une recherche de planètes autour des étoiles à neutrons découvertes par ROSAT en utilisant les instrumentations optiques et infra-rouges des VLTs. La détection de planètes ouvrirait la voie à la mesure de la masse des étoiles centrales et donnerait des informations sur les mécanismes de formation planétaire post super nova à partir de « fallback discs ».

Electrosphères de pulsars avec ’gaps’ et instabilité diocotron

S’il est souvent admis que la magnétosphère fermée des pulsars est entièrement remplie d’un plasma de paires de densité de charge non nulle en rotation solide, il est plus vraisemblable qu’elle contienne en réalité aussi de grandes régions vides séparant des zones remplies de plasma chargé, comme l’ont montré diverses études numériques dont celles de J. Pétri. Ces "électrosphères" possèdent alors une structure équatoriale chargée en rotation différentielle sujette à une forte instabilité électrostatique connue dans la physique des tubes à vide, l’instabilité diocotron. Un régime de turbulence développée s’établit dans cette structure équatoriale. J. Pétri a étudié numériquement le régime non-linéaire de cette instabilité dans un modèle de disque équatorial plat. Il a montré qu’elle conduit à un transfert continu des charges au travers des surfaces magnétiques permettant une circulation du courant électrique dans la magnétosphère jusqu’alors insoupçonnée (P03.13).