Il y a quelque chose « là-haut » qui ne colle pas tout à fait. Quelque chose qui enfreint systématiquement les lois de la physique et qui, pour autant que nous sachions, ne devrait même pas exister. Les astronomes les appellent “sources de rayons X ultralumineux” (ULX). Et ce n’est pas pour moins, car avec leur luminosité excessive, ils émettent environ 10 millions de fois plus d’énergie que le Soleil. Plusieurs de ces objets étranges sont connus, mais on pensait que leur luminosité impossible était une sorte de mirage. L’analyse détaillée de l’un d’entre eux a cependant montré le contraire : les ULX sont bien réelles, et elles dépassent vraiment les limites fixées par la Physique.
L’extrême luminosité de ces objets, en effet, brise en morceaux une loi, connue sous le nom de ‘la limite d’Eddington‘ qui régule précisément la luminosité d’un objet par rapport à sa taille. Selon les scientifiques, si quelque chose devait franchir cette limite, l’énergie libérée le ferait exploser. Ce qui, bien sûr, n’est pas le cas des ULX, qui selon la NASA « dépassent régulièrement la limite d’Eddington entre 100 et 500 fois, laissant les scientifiques perplexes ».
Les dernières observations avec des télescopes à rayons X réalisées par l’agence nord-américaine et récemment publiées dans ‘Le Journal Astrophysique‘ confirment, en effet, que l’extraordinaire luminosité d’un ULX en particulier, appelé le M82 X-2, est absolument réelle, et non une sorte d’illusion d’optique comme certaines théories précédentes le suggéraient. Et ils confirment aussi, bien sûr, qu’il dépasse largement la limite d’Eddington. Une hypothèse suggère que cette luminosité “impossible” est due aux forts champs magnétiques de l’ULX. Mais les scientifiques ne peuvent prouver cette idée que par des observations : jusqu’à des milliards de fois plus puissants que les aimants les plus puissants jamais fabriqués sur Terre, les champs magnétiques ULX ne peuvent pas être reproduits en laboratoire.
Voici comment fonctionne la limite d’Eddington
Lorsqu’elles sont émises par un objet, des particules de lumière, appelées photons, exercent une petite poussée « vers l’extérieur ». Donc, si un objet cosmique (par exemple, un ULX) émet une quantité suffisante de lumière par mètre carré, la poussée vers l’extérieur des photons peut surmonter la pression vers l’intérieur de la gravité essayant de la comprimer. C’est précisément la limite d’Eddington. Et lorsqu’il est atteint, la lumière de l’objet acquiert suffisamment de force pour pousser tout gaz ou matériau qui tente de tomber vers lui.
Ce changement est très significatif, car la matière qui tombe sur un ULX est, en même temps, la source de sa luminosité. C’est la même chose qui se passe avec les trous noirs : lorsque leur forte gravité attire le gaz et la poussière environnants, ces matériaux accélèrent, chauffent et commencent à émettre de la lumière.
ce ne sont pas des trous noirs
C’est pourquoi les scientifiques ont d’abord pensé que les ULX étaient des trous noirs entourés d’anneaux de gaz incandescents. Mais en 2014, les données du réseau de télescopes NuSTAR ont révélé que M82 X-2 n’est pas un trou noir, mais une étoile à neutrons. Comme les trous noirs, les étoiles à neutrons se forment lorsqu’une étoile meurt et s’effondre, comprimant une ou plusieurs masses solaires dans une zone pas beaucoup plus grande qu’une ville de taille moyenne.
Cette incroyable densité crée également une attraction gravitationnelle exceptionnelle à la surface de l’étoile à neutrons, environ 100 billions de fois plus forte que celle de la Terre. Ainsi, le gaz et les autres matériaux entraînés par cette énorme gravité sont accélérés à des millions de kilomètres par heure, libérant une énergie énorme lorsqu’ils frappent la surface de l’étoile. (Un simple bonbon tombant à la surface d’une étoile à neutrons la frapperait avec l’énergie d’un millier de bombes à hydrogène.) Et cela produit la lumière à rayons X à haute énergie détectée par la NASA avec NuSTAR.
Maintenant, les chercheurs sont revenus étudier M82 X-2, et en plus de confirmer que sa luminosité n’est pas une illusion, ils ont découvert que cette étoile à neutrons “parasite” une étoile proche, à laquelle elle vole environ 9 milliards de milliards de tonnes de matière, égale à une fois et demie la masse de la Terre, chaque année.
Connaissant la quantité de matière qui frappe la surface de l’étoile à neutrons, les scientifiques ont pu estimer la luminosité de l’ULX, et leurs calculs correspondaient à des mesures indépendantes de sa luminosité. Les travaux ont donc confirmé que le M82 X-2 dépasse la limite d’Eddington.
Mais comment est-ce possible ? Quelque chose doit donc arriver au M82 X-2 pour qu’il puisse “sauter” les lois de la physique. Pour tenter de trouver une explication, les scientifiques proposent que le champ magnétique puissant de l’étoile à neutrons pourrait modifier la forme des atomes, permettant à l’étoile de rester en un seul morceau même au-delà de la limite d’Eddington.
“Ces observations – explique Matteo Bachetti, astrophysicien à l’Institut national italien d’astrophysique et auteur principal de l’étude – nous permettent de voir les effets de ces champs magnétiques incroyablement puissants que nous ne pourrions jamais reproduire sur Terre avec la technologie actuelle. C’est la beauté de l’astronomie. En observant le ciel, nous élargissons notre capacité à étudier le fonctionnement de l’Univers. D’un autre côté, nous ne pouvons pas vraiment mettre en place des expériences pour obtenir des réponses rapides ; il faut attendre que l’Univers se décide à nous révéler ses secrets.
