RAYONNEMENT COSMIQUE Rayons X cosmiques

Les objets compacts dans les systèmes binaires

La compréhension des mécanismes de production du rayonnement X dans ces sources a progressé grâce à l'étude spectrale du rayonnement émis, à l'enregistrement des variations temporelles du flux pour différentes échelles de temps, et à la localisation précise des sources d'émission.

On a pu ainsi observer pour certaines sources – comme Centaurus X-3 (fig. 3) – des disparitions périodiques. Les périodes mesurées (de l'ordre de quelques jours) ont permis de comprendre que ce phénomène était en fait une éclipse, et que la source X faisait partie d'un système binaire d'étoiles. De plus, pour certaines de ces sources (fig. 4), le rayonnement observé est « pulsé », avec une période de pulsation allant d’une fraction de seconde à plusieurs minutes. Cette caractéristique a conduit à donner le nom de pulsars X à ces sources, par analogie avec les pulsars découverts en radio. On sait que, dans ce dernier cas, l'émission provient d'étoiles à neutrons en rotation sur elles-mêmes. Dans le cas des sources X, le temps d'arrivée des impulsions est modulé, et cette modulation est attribuée à l'effet Doppler-Fizeau dû au mouvement de la source X sur son orbite.

Par ailleurs, la localisation précise des sources X a permis d'associer la plupart d'entre elles à des étoiles déjà cataloguées dans le visible.

Ainsi, la compréhension de l'ensemble de ces phénomènes a permis de mettre au point le modèle (schématique) suivant. Le système binaire est composé d'une étoile à neutrons, d'une masse égale à une masse solaire, tournant sur elle-même et en orbite autour d'une étoile plus massive. Le rayonnement X est produit lors de la capture, par l'étoile à neutrons, de la matière éjectée par l'étoile plus massive sous forme de vent stellaire ou par débordement de son lobe de Roche. Cette matière est canalisée par le fort champ magnétique de l'étoile à neutrons jusqu'à la surface de celle-ci, produisant deux zones surbrillantes en rayons X près des pôles magnétiques.

L'existence de forts champs magnétiques (de l'ordre de 10⁸ teslas) à la surface des étoiles à neutrons a été confirmée par l'observation des raies d'émission dites « cyclotrons » dans le spectre de certaines sources X. Dans le cas d'Hercules X-1, par exemple, cette raie est émise à une énergie de 60 kiloélectronvolts. Elle est attribuée à l'émission d'électrons relativistes dans un fort champ magnétique.

Cependant, la majorité de l'émission provenant des sources X a une origine thermique. Elle provient de l'échauffement de la matière capturée lorsque son énergie cinétique provenant de la force d'attraction est transformée en chaleur. Avec un rayon de l'ordre de 10 kilomètres et une masse de l'ordre de 1 masse solaire, une étoile à neutrons[...]