Un phare qui change de couleur à chaque éclat en cadence avec sa rotation — c'est ainsi qu'on pourrait décrire ce que les astronomes ont vu en pointant le tout nouveau télescope à rayons X XRISM sur le pulsar Hercule X-1. Cet objet est une étoile à neutrons qui arrache de la matière à une étoile ordinaire voisine. En tombant, la matière s'enroule en colonnes étroites le long des lignes de champ magnétique et percute les pôles à une vitesse vertigineuse — des dizaines de milliers de kilomètres par seconde.
Dans cette fournaise, les atomes de fer pris dans le flux émettent une lueur caractéristique en rayons X. Auparavant, on la voyait comme une raie élargie — un peu comme une note étalée en accord à cause d'un mouvement effréné. Désormais, l'instrument Resolve à bord de XRISM, qui fonctionne comme un microphone à l'ouïe parfaite, a distingué la structure fine de ce signal. Il s'avère que la luminosité de la raie varie avec la phase du pulsar : quand l'une des colonnes brûlantes nous fait face, la raie s'embrase ; quand elle se détourne, elle s'éteint.
Mais la découverte la plus intrigante se cache dans la longue modulation de 35 jours. Le pulsar semble se balancer lentement, et avec lui ses colonnes d'accrétion. Cette danse — la précession de l'étoile à neutrons — affecte la façon dont nous voyons les pulsations de la raie du fer. Suivre cette danse, c'est comme écouter la sirène d'une voiture qui passe : en analysant le changement de tonalité, on peut déduire son mouvement. Ici, c'est pareil : grâce aux variations de la raie du fer, les scientifiques espèrent mesurer comment l'étoile à neutrons tourne à l'intérieur, ce qui reste encore un mystère.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2605.01146
The study of X-ray pulsar accretion columns helps us characterize accretion physics in this extreme regime of strong gravity and strong magnetic fields. Previous observations of the X-ray pulsar Hercules X-1 revealed a highly broadened Fe K emission line, associated with Doppler motions exceeding 0.1c, suggesting its origin in the accretion column. We obtained a high-spectral resolution view of the Fe K energy band of Hercules X-1 thanks to a 200 ks observation with the XRISM observatory. The XRISM/Resolve microcalorimeter spectra allow us to separate the different spectral components and accurately model them with phenomenological models. We confirm the presence of a broad line near 6.5 keV with a typical $$1\sigma$$ width of 1 keV. Performing a pulse-phase-resolved analysis, we find that the feature is strongly variable with Her X-1 pulse phase. This is consistent with the proposed origin due to collisional recombination or by reprocessing of the primary X-ray emission in the accretion column, where strong variability with pulse phase is expected due to the rotation of the columns alongside with the neutron star. Additionally, the Fe K line pulsation pattern evolves with the 35-day cycle of Hercules X-1, supporting the scenario that the neutron star and its accretion columns undergo precession, in agreement with recent polarimetric results from the IXPE observatory. We discuss the future applications of modeling of this broad line in X-ray pulsars with physical spectral models. This could be used to detect and track neutron star precession, advancing our understanding of neutron star interiors.
Les colonnes d'accrétion au-dessus des pôles magnétiques d'un pulsar comptent parmi les endroits les plus chauds de l'Univers : la matière y est portée à des centaines de millions de degrés, émettant des rayons X.
Dans le roman « L'Œuf du Dragon » de Robert Forward, on décrit la vie à la surface d'une étoile à neutrons, où une gravité et des champs magnétiques monstrueux créent des conditions semblables à celles des colonnes d'accrétion.