pulsar.
Publié le 08/12/2021
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pulsar. >n.m., objet céleste émettant dans le domaine hertzien des signaux périodiques de
période inférieure à la seconde.
Les données de l'observation.
Le premier pulsar fut observé en Angleterre de façon fortuite en 1967. Depuis cette
époque, plusieurs centaines de sources ayant des caractéristiques voisines ont été
découvertes. Le signal reçu est une brève impulsion d'ondes hertziennes (fréquence
comprise entre 100 et 600 MHz) qui se reproduit avec une remarquable périodicité, valant,
suivant les pulsars, entre 1 milliseconde et quelques secondes. Pour une source donnée,
les impulsions consécutives ne sont pas identiques, mais leur profil moyen, mesuré sur un
grand nombre de cycles, est parfaitement caractéristique et reproductible. Les premiers
pulsars observés avaient tous des périodes comprises entre quelques dizaines de
millisecondes et quelques secondes, et le ralentissement, c'est-à-dire l'augmentation
relative à cette période au cours du temps, était de l'ordre de quelques dix millièmes de
seconde par an (le pulsar du Crabe a une période de 33 ms et ralentit de 1,2 × 10-5 s par
an). En 1982, une équipe américano-néerlandaise a découvert un nouveau pulsar dont la
période était de 1,557 ms et le taux de ralentissement de 3 × 10 -12 s par an. Depuis cette
époque, de nombreux pulsars ultrarapides ayant des caractéristiques voisines de ce dernier
ont été découverts.
Qu'est-ce qu'un pulsar ?
Le modèle proposé par les astrophysiciens, pour rendre compte de cet étonnant
mécanisme d'horlogerie, est celui d'une étoile tournant sur elle-même et projetant dans
l'espace un étroit faisceau d'ondes radio qui, tel un gyrophare, balaie l'espace à la
fréquence de rotation de l'étoile. Pour pouvoir tourner sur elle-même à mille tours par
seconde, l'étoile doit être de très petite dimension. Les seuls candidats possibles pour de
telles performances sont des objets dont l'existence avait été prévue, mais qui n'avaient
jamais été observés : les étoiles à neutrons. Il s'agit de ce qui reste du coeur d'une étoile
qui a brûlé étape par étape tout son combustible nucléaire. N'ayant plus de pression
radiative pour résister à son propre poids, l'étoile s'effondre brutalement sur elle-même en
donnant lieu à l'explosion d'une supernova, par projection dans l'espace de ses couches
externes. Ce qui reste après l'explosion est une sorte de gigantesque noyau atomique,
boule de quelques kilomètres de diamètre qui contient la majeure partie de la masse de
l'étoile sous forme de neutrons agglomérés avec la densité de la matière nucléaire, de
l'ordre du milliard de tonnes par centimètre cube. Lors de l'effondrement, deux grandeurs
sont conservées, le moment cinétique et le flux magnétique. De même que le patineur
accélère sa rotation en ramenant les bras vers son corps, de même l'étoile, en se
contractant, augmente sa vitesse de rotation : le calcul montre qu'en passant d'un rayon
comparable à celui du Soleil (700 000 km) aux quelques kilomètres du rayon supposé de
l'étoile à neutrons, la vitesse de rotation augmente et peut atteindre les valeurs observées
pour les pulsars « lents » (de 1 à 30 tours par seconde). La conservation du flux
magnétique, produit de l'intensité du champ par la surface à travers laquelle il passe,
entraîne une augmentation du champ à la surface de l'étoile jusqu'à des valeurs
considérables, de l'ordre de 108 T (les champs les plus intenses que nous sachions faire
sont de l'ordre de quelques dizaines de teslas). Le pulsar serait donc une étoile
extraordinairement dense, tournant très vite sur elle-même et constituant un puissant
aimant, dont l'axe ne coïncide pas forcément avec l'axe de rotation.
Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer l'origine du signal émis, entre
autres celui où des électrons seraient emprisonnés dans les lignes de force de l'aimant et
émettraient, à l'intérieur d'un cône étroit orienté selon l'axe magnétique de l'étoile, les
ondes radio que nous recevons, si nous sommes situés dans la zone de l'Univers balayée à
chaque rotation par ce cône.
Complétez votre recherche en consultant :
Les médias
pulsar
Les livres
pulsar, page 4170, volume 8
Un modèle presque satisfaisant.
L'enchaînement menant de la supernova à l'étoile à neutrons, puis au pulsar s'est trouvé
parfaitement confirmé lorsqu'on a découvert un pulsar « jeune », car assez rapide, dans la
nébuleuse du Crabe, reste d'une supernova dont l'explosion fut décrite par des astronomes
chinois en 1054. En effet, la rotation de cet énorme aimant s'accompagne d'une
considérable perte d'énergie par émission d'un rayonnement électromagnétique de basse
fréquence non observable. Cette perte se fait au détriment de l'énergie de rotation,
entraînant un ralentissement et une diminution du champ magnétique allant jusqu'à la
« mort » du pulsar. La durée de vie d'un pulsar a été estimée à environ un million d'années,
d'où la « jeunesse » du pulsar du Crabe, âgé de moins de mille ans. Malgré quelques
défauts, ce modèle était cohérent jusqu'à la découverte des pulsars « milliseconde », faite
à partir de 1982, lesquels tournaient beaucoup trop vite et ne ralentissaient pas assez pour
appartenir au modèle « standard ».
Les pulsars ultrarapides.
Pour expliquer les étonnantes propriétés des pulsars ultrarapides, dont on a découvert
plusieurs dizaines depuis 1982, et en particulier leur extraordinaire régularité qui fait d'eux
des étalons de temps comparables aux meilleures horloges atomiques, les astrophysiciens
ont conçu un scénario compliqué mais plausible : il s'agirait de la résurrection de vieux
pulsars morts depuis longtemps, ou de la création de nouveaux pulsars à partir de vieilles
naines blanches, par suite de la capture d'une étoile-compagnon dont le pulsar ou la naine
blanche absorberaient la matière. Ce cannibalisme aboutirait dans les deux cas au
(re)lancement du pulsar à la vitesse désirée, mais avec un champ magnétique beaucoup
plus faible que celui des pulsars standards, d'où un moindre ralentissement. Ce modèle
semble satisfaisant pour l'instant, mais rien n'exclut que de nouvelles découvertes ne le
remettent en question.
Les pulsars figurent parmi les objets les plus surprenants que l'Univers nous ait révélés.
Complétez votre recherche en consultant :
Les corrélats
astres - Vie et mort de quelques étoiles - Les étoiles massives : les supernovae
astrophysique
ondes gravitationnelles
radioastronomie - Le développement de la radioastronomie - Le rayonnement
cosmique
radioastronomie - Les mécanismes du rayonnement radio - Émission thermique et
émission synchrotron
supernova
pulsar. >n.m., objet céleste émettant dans le domaine hertzien des signaux périodiques de
période inférieure à la seconde.
Les données de l'observation.
Le premier pulsar fut observé en Angleterre de façon fortuite en 1967. Depuis cette
époque, plusieurs centaines de sources ayant des caractéristiques voisines ont été
découvertes. Le signal reçu est une brève impulsion d'ondes hertziennes (fréquence
comprise entre 100 et 600 MHz) qui se reproduit avec une remarquable périodicité, valant,
suivant les pulsars, entre 1 milliseconde et quelques secondes. Pour une source donnée,
les impulsions consécutives ne sont pas identiques, mais leur profil moyen, mesuré sur un
grand nombre de cycles, est parfaitement caractéristique et reproductible. Les premiers
pulsars observés avaient tous des périodes comprises entre quelques dizaines de
millisecondes et quelques secondes, et le ralentissement, c'est-à-dire l'augmentation
relative à cette période au cours du temps, était de l'ordre de quelques dix millièmes de
seconde par an (le pulsar du Crabe a une période de 33 ms et ralentit de 1,2 × 10-5 s par
an). En 1982, une équipe américano-néerlandaise a découvert un nouveau pulsar dont la
période était de 1,557 ms et le taux de ralentissement de 3 × 10 -12 s par an. Depuis cette
époque, de nombreux pulsars ultrarapides ayant des caractéristiques voisines de ce dernier
ont été découverts.
Qu'est-ce qu'un pulsar ?
Le modèle proposé par les astrophysiciens, pour rendre compte de cet étonnant
mécanisme d'horlogerie, est celui d'une étoile tournant sur elle-même et projetant dans
l'espace un étroit faisceau d'ondes radio qui, tel un gyrophare, balaie l'espace à la
fréquence de rotation de l'étoile. Pour pouvoir tourner sur elle-même à mille tours par
seconde, l'étoile doit être de très petite dimension. Les seuls candidats possibles pour de
telles performances sont des objets dont l'existence avait été prévue, mais qui n'avaient
jamais été observés : les étoiles à neutrons. Il s'agit de ce qui reste du coeur d'une étoile
qui a brûlé étape par étape tout son combustible nucléaire. N'ayant plus de pression
radiative pour résister à son propre poids, l'étoile s'effondre brutalement sur elle-même en
donnant lieu à l'explosion d'une supernova, par projection dans l'espace de ses couches
externes. Ce qui reste après l'explosion est une sorte de gigantesque noyau atomique,
boule de quelques kilomètres de diamètre qui contient la majeure partie de la masse de
l'étoile sous forme de neutrons agglomérés avec la densité de la matière nucléaire, de
l'ordre du milliard de tonnes par centimètre cube. Lors de l'effondrement, deux grandeurs
sont conservées, le moment cinétique et le flux magnétique. De même que le patineur
accélère sa rotation en ramenant les bras vers son corps, de même l'étoile, en se
contractant, augmente sa vitesse de rotation : le calcul montre qu'en passant d'un rayon
comparable à celui du Soleil (700 000 km) aux quelques kilomètres du rayon supposé de
l'étoile à neutrons, la vitesse de rotation augmente et peut atteindre les valeurs observées
pour les pulsars « lents » (de 1 à 30 tours par seconde). La conservation du flux
magnétique, produit de l'intensité du champ par la surface à travers laquelle il passe,
entraîne une augmentation du champ à la surface de l'étoile jusqu'à des valeurs
considérables, de l'ordre de 108 T (les champs les plus intenses que nous sachions faire
sont de l'ordre de quelques dizaines de teslas). Le pulsar serait donc une étoile
extraordinairement dense, tournant très vite sur elle-même et constituant un puissant
aimant, dont l'axe ne coïncide pas forcément avec l'axe de rotation.
Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer l'origine du signal émis, entre
autres celui où des électrons seraient emprisonnés dans les lignes de force de l'aimant et
émettraient, à l'intérieur d'un cône étroit orienté selon l'axe magnétique de l'étoile, les
ondes radio que nous recevons, si nous sommes situés dans la zone de l'Univers balayée à
chaque rotation par ce cône.
Complétez votre recherche en consultant :
Les médias
pulsar
Les livres
pulsar, page 4170, volume 8
Un modèle presque satisfaisant.
L'enchaînement menant de la supernova à l'étoile à neutrons, puis au pulsar s'est trouvé
parfaitement confirmé lorsqu'on a découvert un pulsar « jeune », car assez rapide, dans la
nébuleuse du Crabe, reste d'une supernova dont l'explosion fut décrite par des astronomes
chinois en 1054. En effet, la rotation de cet énorme aimant s'accompagne d'une
considérable perte d'énergie par émission d'un rayonnement électromagnétique de basse
fréquence non observable. Cette perte se fait au détriment de l'énergie de rotation,
entraînant un ralentissement et une diminution du champ magnétique allant jusqu'à la
« mort » du pulsar. La durée de vie d'un pulsar a été estimée à environ un million d'années,
d'où la « jeunesse » du pulsar du Crabe, âgé de moins de mille ans. Malgré quelques
défauts, ce modèle était cohérent jusqu'à la découverte des pulsars « milliseconde », faite
à partir de 1982, lesquels tournaient beaucoup trop vite et ne ralentissaient pas assez pour
appartenir au modèle « standard ».
Les pulsars ultrarapides.
Pour expliquer les étonnantes propriétés des pulsars ultrarapides, dont on a découvert
plusieurs dizaines depuis 1982, et en particulier leur extraordinaire régularité qui fait d'eux
des étalons de temps comparables aux meilleures horloges atomiques, les astrophysiciens
ont conçu un scénario compliqué mais plausible : il s'agirait de la résurrection de vieux
pulsars morts depuis longtemps, ou de la création de nouveaux pulsars à partir de vieilles
naines blanches, par suite de la capture d'une étoile-compagnon dont le pulsar ou la naine
blanche absorberaient la matière. Ce cannibalisme aboutirait dans les deux cas au
(re)lancement du pulsar à la vitesse désirée, mais avec un champ magnétique beaucoup
plus faible que celui des pulsars standards, d'où un moindre ralentissement. Ce modèle
semble satisfaisant pour l'instant, mais rien n'exclut que de nouvelles découvertes ne le
remettent en question.
Les pulsars figurent parmi les objets les plus surprenants que l'Univers nous ait révélés.
Complétez votre recherche en consultant :
Les corrélats
astres - Vie et mort de quelques étoiles - Les étoiles massives : les supernovae
astrophysique
ondes gravitationnelles
radioastronomie - Le développement de la radioastronomie - Le rayonnement
cosmique
radioastronomie - Les mécanismes du rayonnement radio - Émission thermique et
émission synchrotron
supernova
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