Une mission de la NASA conçue pour étudier les rayons X de l'espace vient peut-être de confirmer une théorie qui traîne depuis neuf décennies. L'Explorateur d'imagerie par polarimétrie X, ou IXPE, a recueilli des données suggérant que les magnétars, les étoiles les plus magnétiques connues, se comportent exactement comme les scientifiques l'avaient prédit dans les années 1930. Si cela se confirme, ce serait la première preuve directe d'un concept qui a façonné notre compréhension de ces objets extrêmes.
Un mystère vieux de 90 ans trouve enfin une réponse
Les magnétars sont un type d'étoile à neutrons, le noyau effondré d'une étoile massive qui a explosé en supernova. Ils sont minuscules, seulement environ 12 miles de diamètre, mais leurs champs magnétiques sont si intenses qu'ils peuvent déformer les atomes et distordre les rayons X qui passent à proximité. Pendant des décennies, les astrophysiciens ont théorisé que ces champs magnétiques sont si forts qu'ils affectent la façon dont la lumière et la matière interagissent autour de l'étoile. Mais personne n'avait jamais observé cet effet directement.
C'est là qu'IXPE entre en jeu. Lancé en décembre 2021, l'observatoire spatial mesure la polarisation des rayons X, c'est-à-dire la direction dans laquelle les ondes lumineuses vibrent. En étudiant les rayons X d'un magnétar appelé 4U 0142+61, situé à environ 13 000 années-lumière dans la constellation de Cassiopée, la mission pourrait avoir capté le premier aperçu d'un phénomène connu sous le nom de biréfringence du vide.
Ce que montrent les données et pourquoi c'est important
La biréfringence du vide est un effet quantique prédit en 1936 par deux physiciens allemands, Werner Heisenberg et Hans Euler. Ils ont proposé qu'en présence d'un champ magnétique extrêmement fort, l'espace vide lui-même devient polarisé, ce qui signifie qu'il peut légèrement courber ou ralentir la lumière selon la direction de celle-ci. Cet effet est incroyablement subtil, et jusqu'à présent, il n'avait jamais été observé dans un cadre naturel.
IXPE a détecté que les rayons X provenant du magnétar étaient polarisés d'une manière qui correspond aux prédictions de la biréfringence du vide. L'angle de polarisation était aligné avec le champ magnétique de l'étoile, et le degré de polarisation était plus élevé que ce qui serait attendu sans cet effet. C'est exactement ce que prédit la théorie, et c'est la première fois qu'un tel signal est observé depuis un magnétar.
L'équipe à l'origine de cette découverte, dirigée par des chercheurs de l'Université de Padoue en Italie, a publié ses résultats dans la revue Nature Astronomy. Ils préviennent que des observations supplémentaires sont nécessaires pour écarter d'autres explications, mais la correspondance est frappante.
Une nouvelle fenêtre sur le monde quantique
Pour ceux qui étudient ces objets, le résultat est plus qu'une simple confirmation d'une vieille idée. C'est une démonstration qu'IXPE peut voir des effets que l'on pensait autrefois inobservables. La mission a été conçue pour étudier la polarisation des rayons X provenant de sources cosmiques, et cette découverte montre qu'elle peut sonder la nature même de l'espace et du temps près des objets les plus extrêmes de l'univers.
Le magnétar en question, 4U 0142+61, est l'un des environ 30 magnétars connus dans notre galaxie. Il a été découvert en 1994 et a été étudié de manière approfondie depuis. Mais cette nouvelle observation ajoute une couche de détail qui manquait auparavant. Elle montre que le champ magnétique autour de l'étoile n'est pas seulement une caractéristique statique, mais un acteur actif dans la façon dont la lumière traverse la région.
Si le résultat tient, ce sera la première preuve directe que la biréfringence du vide existe dans la nature. Ce serait une étape majeure pour la physique, confirmant une prédiction faite bien avant que quiconque ait la technologie pour la tester. Cela ouvrirait également de nouvelles questions sur la façon dont les champs magnétiques interagissent avec la lumière et la matière dans des conditions extrêmes.
Pour l'instant, l'équipe prévoit des observations de suivi d'autres magnétars pour voir si l'effet est cohérent. La théorie a attendu 90 ans pour une possible confirmation, et elle pourrait ne pas avoir à attendre beaucoup plus longtemps.
