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An extremely bright gamma pulsar detected in the Large Magellanic Cloud

Fermi discovered the brightest gamma pulsar ... in another galaxy! The Large Area Telescope, the principal instrument of the Fermi space mission launched in 2008, has detected a pulsed gamma emission from a pulsar located in the Large Magellanic Cloud. This about 1000 years old young pulsar was already listed as one of the most powerful known pulsars. He becomes the brightest gamma pulsar ever recorded, exceeding by a factor of 20 the previous record holder, the Crab pulsar, and is also the first extragalactic gamma pulsar. This exceptional object should help us to better understand the origin of the emission of pulsars.

Illustration: artist's impression of the pulsar located in the Large Magellanic Cloud. Credit : Astronomy: Roen Kelly

Un pulsar exceptionnellement lumineux en rayons gamma a été détecté dans une galaxie voisine de la nôtre, le Grand Nuage de Magellan. Cette étude a été menée par deux chercheurs de l'IRAP, à Toulouse (CNRS/Université Paul Sabatier), et du LPC2E, à Orléans (CNRS/Université d'Orléans), au sein d'une collaboration scientifique internationale qui implique IN2P3, INSU, et CEA. Des observations longues du Large Area Telescope embarqué à bord du satellite de la NASA Fermi ont permis de mettre en évidence une émission gamma périodique à la fréquence caractéristique d'un jeune pulsar connu pour sa puissance mécanique. Cette découverte confirme le caractère unique de cet objet et devrait permettre de mieux cerner les mécanismes d'accélération de particules dans les magnétosphères de pulsars.

Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide formées lors des supernovae et donnant lieu à une émission périodique, à la fréquence de rotation de l’étoile. Ce signal caractéristique a été observé en provenance de plus de 2500 objets célestes, principalement grâce à des radiotélescopes au sol. Les pulsars sont également détectés en rayons gamma, forme de lumière la plus énergétique. Les observations du Large Area Telescope à bord du satellite Fermi de la NASA lancé en 2008 ont montré que les pulsars constituent la principale famille de sources gamma de notre galaxie, avec plus de 160 pulsars détectés. L’origine du rayonnement des pulsars demeure cependant mal comprise : le champ magnétique intense dont ils sont dotés en est la clé, mais les processus à l’œuvre dans la magnétosphère des pulsars sont complexes. 

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Jusqu’à récemment, tous les pulsars émetteurs de rayons gamma connus étaient situés dans notre galaxie ou dans des amas globulaires proches. De nouvelles observations effectuées avec le Large Area Telescope ont permis de découvrir, pour la première fois, des signaux gamma provenant de pulsars appartenant à une autre galaxie que la nôtre : le Grand Nuage de Magellan, une galaxie naine satellite de la Voie Lactée. Une émission gamma caractéristique à la période de 50 ms a été détectée en provenance du pulsar PSR J0540-6919, démontrant de manière incontestable que cet objet est la source du signal. PSR J0540-6919 devient ainsi le premier pulsar gamma extragalactique connu. La détection d’un objet situé à une telle distance, 50 kpc, est rendue possible par son extraordinaire luminosité : PSR J0540-6919 est le pulsar gamma le plus brillant connu à ce jour. Son voisin dans le Grand Nuage de Magellan, PSR J0537-6910, présente une émission gamma constante, sans pulsations évidentes à la période de rotation du pulsar. L’origine de ce signal gamma demeure énigmatique et suggère que PSR J0537-6910 possède une émission pulsée très faible, voire non pulsée.  Les deux pulsars, PSR J0537-6910 et PSR J0540-6919, présentent la particularité de figurer parmi les trois plus énergétiques connus, en compagnie du pulsar du Crabe, issu d’une supernova galactique observée en 1054. Leur rotation rapide libère une puissance supérieure à 10^{31} Watt, soit presque 100000 fois la luminosité du Soleil. Malgré une puissance mécanique comparable, les trois pulsars se manifestent de manière très différente dans le domaine gamma : PSR J0537-6910 est le plus puissant du trio et ne présente pas de pulsations détectables en gamma, tandis que PSR J0540-6919 est le moins puissant mais possède une luminosité en rayons gamma 20 fois supérieure à celle du pulsar du Crabe. Les nouveaux résultats obtenus grâce à Fermi devraient donc permettre d'en apprendre plus sur les mécanismes en jeu dans la magnétosphère des pulsars jeunes et puissants. En attendant, ces observations ont permis d'y voir plus clair dans l'émission gamma du Grand Nuage de Magellan : l'identification des pulsars permet d'étudier plus précisément les autres sources de rayonnement énergétique, notamment le rayonnement cosmique.

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Contact IRAP

  • Pierrick Martin, pierrick.martin@irap.omp.eu
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