Que sont les pulsars ? | Sciences en direct

Un pulsar est un type spécial de neutron étoilequi est le noyau résiduel ultra-dense d’une étoile massive.

Les pulsars émettent des faisceaux de rayonnement qui balayent en cercles à mesure que le pulsar tourne. Lorsque ces faisceaux clignotent au-dessus de la Terre, nous les voyons comme des impulsions régulières et répétées d’émission radio.

« Les pulsars sont eux-mêmes des objets spectaculaires – la masse du Soleil entassée dans une minuscule boule de la taille d’une ville, tournant sur son axe, dans certains cas plus rapidement qu’un mélangeur de cuisine, et balayant des faisceaux d’ondes radio dans le ciel », Anne Archibald , professeur d’astronomie à l’Université de Newcastle au Royaume-Uni, a déclaré à Live Science dans un e-mail.

Qui a découvert les pulsars ?

En 1967, une étudiante diplômée nommée Jocelyn Bell étudiait les résultats du réseau de scintillation interplanétaire à l’Observatoire de radioastronomie Mullard à Cambridge, au Royaume-Uni. Elle travaillait avec son conseiller, Antony Hewish, lorsqu’ils ont trouvé une source de signaux radio répétitifs provenant du même endroit. dans le ciel chaque nuit, selon le CSIRO Australian Telescope National Facility. (s’ouvre dans un nouvel onglet)

Le signal était si régulier, se répétant toutes les 1,33 secondes, que Bell et Hewish se sont demandé s’ils étaient tombés sur un message d’une civilisation extraterrestre avancée. Ils ont même initialement appelé la source « LGM-1 » pour « petits hommes verts ». Mais une fois qu’ils ont trouvé d’autres sources similaires dans d’autres parties du ciel, ils savaient que les signaux devaient avoir une origine naturelle (sinon les extraterrestres seraient partout).

Bien que les pulsars émettent dans toutes les longueurs d’onde de un rayonnement électromagnétiqueles ondes radio sont les meilleures pour pénétrer les nuages ​​de gaz et de poussière interstellaires dans une galaxie, et les astronomes ont donc tendance à voir les objets éloignés dans le spectre radio avant les autres parties du spectre.

Comment se forment les pulsars ?

Avant la découverte des pulsars, les astronomes avaient déjà émis l’hypothèse que des étoiles à neutrons pourraient exister. Ils ont découvert que lorsqu’une étoile beaucoup plus massive que le soleil meurt, elle peut parfois laisser derrière elle un noyau incroyablement dense. Les astronomes ont appelé ce noyau une étoile à neutrons. Une étoile à neutrons a une densité incroyablement élevée (à peu près la même densité qu’un noyau atomique), mettant plusieurs soleils de matière dans un volume de seulement quelques kilomètres de diamètre, selon l’Observatoire national de radioastronomie de la National Science Foundation. (s’ouvre dans un nouvel onglet)

Bien que les étoiles à neutrons soient presque entièrement constituées de neutrons, elles contiennent des protons chargés positivement. Parce que les étoiles à neutrons sont si petites et denses, elles tournent incroyablement rapidement. Les charges se déplaçant en cercle alimentent des champs magnétiques incroyablement puissants, et cela magnétisme peut lancer des faisceaux de rayonnement qui sortent des pôles magnétiques de l’étoile à neutrons.

Comment les pulsars pulsent-ils ?

Les pôles magnétiques d’une étoile à neutrons s’alignent rarement sur son axe de spin. C’est comme la Terre : les pôles magnétiques de notre planète ne s’alignent pas avec ses pôles géographiques. Sur les étoiles à neutrons, cela amène le faisceau de rayonnement à balayer l’espace en cercles au-dessus et au-dessous de l’étoile, selon Imagine the Universe de la NASA (s’ouvre dans un nouvel onglet).

Si les faisceaux de rayonnement manquent la Terre, les astronomes verront une étoile à neutrons normale. Mais si le faisceau balaie la Terre, les télescopes ici détecteront une rafale de rayonnement à chaque fois que le faisceau reviendra. Du point de vue d’un Terrien, ceux-ci ressemblent à des éclairs réguliers ou à des impulsions de rayonnement, d’où le nom de « pulsars ».

Les éclairs des pulsars sont extrêmement réguliers, certains maintenant des cycles réguliers à moins d’un milliardième de nanoseconde.

« C’est comme si une horloge de précision était installée de manière pratique quelque part dans la galaxie », a déclaré Archibald.

Les pulsars sont-ils dangereux ?

De loin, les pulsars ne sont pas plus dangereux que n’importe quel autre type d’étoile exotique dans l’univers. Cependant, se rapprocher d’un pulsar serait une mauvaise idée. En plus des faisceaux de rayonnement, les pulsars ont généralement des champs magnétiques très puissants, et les étoiles à neutrons elles-mêmes sont souvent assez chaudes pour émettre radiographie radiation.

Heureusement, le pulsar connu le plus proche, PSR J0108-1431, se trouve en toute sécurité à 424 années-lumière.

Combien y a-t-il de pulsars ?

Même si les astronomes pensent qu’il y a environ un milliard d’étoiles à neutrons dans le galaxie de la voie lactée, nous ne connaissons qu’environ 2 000 pulsars. Une partie de la raison de cet écart est que le faisceau de rayonnement d’un pulsar doit être parfaitement aligné avec la Terre pour que les télescopes puissent le voir. Deuxièmement, toutes les étoiles à neutrons ne tournent pas assez vite ou n’ont pas un champ magnétique assez puissant pour générer des faisceaux de rayonnement. Enfin, les astronomes n’ont cartographié qu’une petite fraction du volume total de la galaxie, et ils n’ont pas observé tous les pulsars, selon la NASA (s’ouvre dans un nouvel onglet).

Pourquoi les pulsars ralentissent-ils ?

Grâce à des observations minutieuses, les astronomes ont découvert que les pulsars ont tendance à ralentir avec le temps. L’émission de puissants faisceaux de rayonnement nécessite de l’énergie, et cette énergie provient de l’énergie de rotation de l’étoile à neutrons. Alors que le pulsar continue de tourbillonner, il ralentit et perd de l’énergie. Finalement, après plusieurs millions d’années, le pulsar « s’éteint » et devient une étoile à neutrons normale, selon Centre d’astrophysique et de calcul intensif de l’Université de Swinburne (s’ouvre dans un nouvel onglet) en Australie.

Cependant, une étoile à neutrons peut parfois extraire de la matière d’un compagnon stellaire proche. Ce processus rajoute du moment cinétique à l’étoile à neutrons, lui permettant de monter en régime et de redevenir un pulsar.

A quoi peuvent servir les pulsars ?

En plus d’étudier les pulsars en tant que tels, les astronomes peuvent les utiliser à d’autres fins de recherche. L’une des applications les plus alléchantes se situe dans le domaine de l’astronomie des ondes gravitationnelles, qui étudie les ondulations dans l’espace-temps formées lorsque des objets massifs entrent en collision.

« Les ondes gravitationnelles sont produites par certains des événements les plus spectaculaires du Univers« , a expliqué Archibald, » et ils nous donnent un moyen d’étudier ces événements qui est totalement différent de ce que nous obtiendrions habituellement en détectant la lumière ou les ondes radio.  »

Lorsque des objets entrent en collision et libèrent des ondes gravitationnelles, ces ondes modifient les distances entre les points. Donc, si les astronomes ont leurs télescopes braqués sur un pulsar, alors la durée entre les impulsions peut raccourcir ou s’allonger s’il y a une onde gravitationnelle qui passe.

En observant des réseaux de pulsars, les astronomes espèrent capter des signaux d’ondes gravitationnelles qui passent. La recherche ne fait que commencer, mais Archibald, qui fait partie de l’une de ces collaborations, est enthousiaste.

« Au début, nous nous attendons à voir des ondes gravitationnelles assez floues, mais même ainsi, cela nous en dira plus sur la formation des galaxies », a déclaré Archibald, « à mesure que notre sensibilité s’améliore, nous pourrions détecter des paires individuelles de trous noirs, des plis cordes, ou quelque chose de totalement inattendu. »

Ressources additionnelles

La NASA a produit cette vidéo fascinante sur la physique des pulsars, que vous pouvez regarder ici (s’ouvre dans un nouvel onglet). Pour les enfants (et les enfants de cœur) dans votre vie, ce livre (s’ouvre dans un nouvel onglet) offre une excellente introduction aux pulsars pour les jeunes lecteurs. Regardez la découvreuse des pulsars, Dame Jocelyn Bell Burnell, donner cette conférence publique sur son histoire Dans cette vidéo (s’ouvre dans un nouvel onglet).

Bibliographie

Mattison, B. (2021, 23 septembre). Étoiles à neutrons Imaginez l’univers https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/neutron_stars1.html (s’ouvre dans un nouvel onglet)

Hobbs, M. (2022, 15 février). Une introduction aux pulsars Installation nationale du télescope CSIRO Australia https://www.atnf.csiro.au/outreach/education/everyone/pulsars/index.html (s’ouvre dans un nouvel onglet)

(2022). Pulsars Astronomie Observatoire national de radioastronomie https://public.nrao.edu/radio-astronomy/pulsars/ (s’ouvre dans un nouvel onglet)

(2007, 30 août) Pulsar COSMOS – L’Encyclopédie SAO d’Astronomie https://astronomy.swin.edu.au/cosmos/p/pulsar (s’ouvre dans un nouvel onglet)

Boone, K. (2007, 23 août) Étoiles à neutrons Télescope à rayons gamma Fermi de la NASA https://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/science/neutron_stars.html (s’ouvre dans un nouvel onglet)