La naine blanche qui a créé la supernova Tycho est morte dans une explosion violente. Son héritage ressemble à un duvet rose moelleux. Dans la dernière image, publiée le 28 février, le reste de la supernova apparaît comme un nuage rose délimité par une fine ligne rouge.
Dans une nouvelle étude (rèf.), les astronomes ont cartographié la géométrie des champs magnétiques près de l’onde de choc avec un niveau de détail sans précédent. Dans cette région, les particules chargées sont accélérées à des vitesses proches de celle de la lumière avant d’être expulsées sous forme de rayons cosmiques qui finissent par atteindre la Terre.
La découverte du phénomène
La première fois que nous avons observé ce phénomène était en 2011. À l’époque, c’était l’observatoire de rayons X Chandra qui avait capturé un schéma sur le bord externe de Tycho. Les astronomes avaient expliqué le schéma comme étant les points où les champs magnétiques sont piégés. Les électrons piégés se déplacent en spirale dans les champs magnétiques vers des énergies plus élevées, émettant des rayons X.
Si les astronomes savent depuis longtemps que les supernovae produisent des particules chargées à des énergies extrêmement élevées, les détails de l’accélération des électrons n’étaient pas encore connus. Maintenant, les chercheurs ont étudié en détail le phénomène dans Tycho, dont l’explosion a libéré autant d’énergie que le Soleil en 10 milliards d’années. Les scientifiques affirment que les dernières découvertes expliquent comment la supernova Tycho devient un gigantesque accélérateur de particules cosmiques.
Le processus “implique une danse délicate entre l’ordre et le chaos”, a déclaré Patrick Slane, astrophysicien principal au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et coauteur de l’étude, dans une déclaration. L’équipe de Slane a utilisé les données de l’observatoire spatial Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) de la NASA. Les trois télescopes à rayons X identiques à bord de l’IXPE ont étudié Tycho deux fois en 2022, fin juin-début juillet et du 21 au 25 décembre.
L’énergie des électrons.
L’équipe a étudié les rayons X produits par des électrons hautement énergétiques près du bord de Tycho alors qu’ils traversaient des champs magnétiques. Les chercheurs expliquent que le bord rouge, où Tycho accélère les particules, est très mince. À cet endroit, les électrons qui émettent des rayons X perdent leur énergie très rapidement. Ainsi, en s’éloignant considérablement du bord, “ils perdent tellement d’énergie qu’ils ne produisent plus de rayons X”, a déclaré Slane.
Pour finalement cartographier la géométrie du champ magnétique, l’équipe a cherché des signaux montrant à quel point la radiation des rayons X était polarisée. Cependant, ces signaux sont sensibles aux turbulences des champs magnétiques. Lorsque la turbulence est élevée, la radiation est moins directionnelle et moins intense, et IXPE n’est pas en mesure de détecter les signaux. Heureusement, à l’arrivée des données IXPE, l’équipe a découvert que les champs magnétiques avaient une turbulence élevée, “mais pas suffisamment élevée pour ne pas pouvoir détecter la polarisation”, a-t-il ajouté.
En mesurant la polarisation des rayons X, ils ont découvert qu’elle était de 9% au centre du résidu de Tycho et de 12% plus élevée à son bord. “Ces observations sont les premières en leur genre. Nous avons sondé la polarisation de l’émission des électrons les plus énergétiques de la supernova Tycho, qui se comporte comme un véritable accélérateur de particules”, a déclaré Slane.
La carte détaillée du champ magnétique
En calculant l’angle de polarisation, l’équipe de Slane a pu cartographier la géométrie du champ magnétique. Ce dernier s’étend vers l’extérieur de manière radiale. Les chercheurs le savaient déjà grâce aux observations radio précédentes, donc la découverte n’a pas été une surprise totale. Mais l’observatoire spatial IXPE les a aidés à cartographier le champ magnétique de manière beaucoup plus détaillée que les observations précédentes.
Enfin, ils ont enfin compris pourquoi Tycho accélère ses particules chargées à des vitesses proches de celle de la lumière. “Pour ce faire, des champs magnétiques forts et turbulents sont nécessaires”, a déclaré Slane dans la même déclaration. “IXPE nous montre qu’il existe une uniformité à grande échelle, ou une cohérence, également impliquée, qui s’étend jusqu’aux sites où l’accélération se produit”. En utilisant ces données, l’équipe a découvert que la structure radiale reste intacte jusqu’aux sites d’accélération, qu’ils ne connaissaient pas auparavant. Cette intuition éclairera la façon dont Tycho accélère les particules chargées à des énergies au moins cent fois supérieures même aux accélérateurs de particules les plus puissants de la Terre