La nébuleuse du Crabe, longtemps considérée comme une source étalon, a vu récemment ce statut remis en cause par l’observation en gamma de haute énergie de brefs et intenses épisodes d’activité. Une équipe franco-irlandaise (Service d’Astrophysique du CEA–Irfu et du centre for Astronomy de l'Université de Galway) vient de renforcer ce constat en mettant en évidence pour la première fois un changement de polarisation de la lumière visible et gamma de la région centrale de la nébuleuse entre 2005 et 2012. Ce résultat est le fruit d’un programme combinant des observations menées au télescope de 5 mètres du mont Palomar avec le polarimètre GASP de l’Université de Galway, par le satellite d’astronomie gamma Integral et provenant de données d’archives du télescope spatial Hubble. Le changement de polarisation observé pourrait être lié selon les chercheurs à des processus de réarrangement du champ magnétique et leurs effets sur un flux de particules énergétiques dans une région proche du pulsar central. Ces travaux sont publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society et objet de l’image du mois sur le site Integral de l’Agence spatiale européenne (ESA).
Changement de statut
La nébuleuse du Crabe est le vestige de l’explosion d’une étoile massive en 1054. Cette source est particulièrement choyée par les astrophysiciens car proche, brillante et détectée des ondes radio aux rayons gamma de haute énergie. Dans ce dernier cas elle est utilisée comme source étalon depuis l’avènement des satellites. Néanmoins les télescopes gamma Agile et Fermi ont depuis 2007 détecté en moyenne un épisode d’activité par an, émission dont l'origine physique est encore mal comprise.
Un programme conjoint d’observation
Le satellite Integral de l'Agence spatiale européenne, en opération depuis 2002, observe périodiquement la nébuleuse du Crabe. En particulier son télescope IBIS utilisé dans un mode particulier, le mode Compton, a permis en 2008 de mesurer la polarisation de sa lumière gamma entre 200 et 800 keV (Voir ici pour ces résultats et la description du mode Compton). En combinant des données Integral plus récentes (période 2012-2014), celles obtenues en novembre 2012 par l’instrument GASP fonctionnant dans le domaine visible et des données d’archive du télescope spatial Hubble (en 2005), les chercheurs ont mis en évidence un changement de polarisation de la lumière. Les mesures dans les deux domaines de longueur d'onde, visible et gamma, et pour les deux époques indiquent une différence similaire (25 degrés) compte tenu des incertitudes.
A gauche image HST des régions internes de la nébuleuse du Crabe. Au centre du carré rouge figurent le pulsar du Crabe (période de rotation 33 msec) et une structure ou « knot » située au sud-est du pulsar à 0.65 arcsec soit 1300 unités astronomiques à la distance de la nébuleuse (2 kpc). A droite un zoom de la cette partie centrale. Sur cette figure sont indiqués les angles de polarisation à différentes époques et dans les deux domaines de longueur d’onde utilisés. Pour le domaine visible : flèche en cyan GASP 2012, en vert HST 2005 et les deux mesures Integral (flèche jaune pour la période 2003-2007 et rouge 2012-2014). Sont également indiqués sur ce graphique les directions du mouvement propre du pulsar (PM) et de son axe de rotation (SA).
Reconnexion magnétique
Le scénario avancé pour expliquer ces résultats originaux fait appel à des effets de reconnexion magnétique ou réarrangement du champ magnétique au cœur de la nébuleuse du Crabe, similaires à ceux responsables des éruptions solaires mais impliquant dans le cas présent des particules plus énergétiques. Les présentes observations ne permettent pas encore de déterminer l’exacte localisation du phénomène ("knot" situé près du pulsar?) et des analyses complémentaires sont actuellement en cours. Le lien, tentant, avec les sursauts observés à plus haute énergie par les satellites Agile et Fermi n’est pas établi formellement. En effet cela nécessiterait des observations simultanées dans les différents domaines d’énergie, une condition difficile à remplir du fait de l’imprédictibilité du phénomène et des contraintes de calendrier des différents outils d'observation. Néanmoins, ces résultats soulignent le fort potentiel des observations permettant la mesure de la polarisation de la lumière dans des systèmes tel que la nébuleuse du Crabe, où le champ magnétique joue un rôle important.
Contacts : Christian Gouiffès, Philippe Laurent
Publication :
" A recent change in the optical and gamma-ray polarization of the Crab nebula and pulsar "
P. Moran, G. Kyne, C. Gouiffès, P. Laurent, G. Hallinan, R. M. Redfern and A. Shearer
publié dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 2015 456 (3): 2974-2981
Accès à la version électronique de la publication
Voir - L'image du mois (POM) du satellite Integral (ESA)
Voir aussi : Lunettes gamma polarisantes (20 novembre 2008)
Voir : Communication du Service d'Astrophysique
Ce programme de recherche a reçu le soutien du programme Ulysses, partenariat franco-irlandais mis en œuvre en Irlande par l'Irish Research Council et en France, par les Ministères des Affaires Etrangères et du Développement International (MAEDI) et de l’Education Nationale, de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche (MENESR).
Rédaction : C. Gouiffès
• Structure et évolution de l'Univers › Phénomènes cosmiques de haute énergie et astroparticules Thèmes de recherche du Service d'astrophysique
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