En 1967 a été découvert le premier pulsar, une étoile à neutrons à l'origine de ce phénomène lumineux intermittent : qu'est-ce que c'est, quelle est son origine et comment fonctionne-t-il.
Les pulsars sont des étoiles à neutrons qui émettent des signaux radio à intervalles courts et réguliers. Le terme abrégé pulsar vient de pulsating radio source, ou pulsating star. Le premier pulsar a été découvert par hasard en 1967, et ses signaux intermittents ont été initialement pris pour des signaux radio d'extraterrestres ! Il s'agit plutôt d'un phénomène causé par la vitesse de rotation extrêmement élevée de l'étoile pulsante, qui produit un rayonnement vers son axe magnétique. Lorsque les axes de rotation et magnétique ne convergent pas, le flux de rayonnement est visible sur Terre, tout comme la puissante lumière d'un phare.
Un petit phare vu de la Terre : voilà ce que sont les pulsars
Alors, qu'est-ce qu'un pulsar ? Les pulsars sont des étoiles très denses et compactes qui ont la taille d'une grande ville mais contiennent plus de masse que le soleil. Ce sont des éléments rotatifs sphériques fortement magnétisés, généralement des étoiles à neutrons mais aussi des naines blanches, qui émettent des rayons de rayonnement électromagnétique depuis leurs pôles magnétiques.
Les étoiles à neutrons ont des périodes de rotation courtes et régulières. Cela produit un intervalle très précis entre les impulsions, allant de quelques millisecondes à quelques secondes pour un seul pulsar. Ce rayonnement ne peut être observé que lorsqu'un faisceau d'émission est dirigé vers la Terre. Comme nous l'avons dit au début, nous pouvons le comparer à la façon dont un phare ne peut être vu que lorsque la lumière est dirigée dans la direction d'un observateur.
Vus de la Terre, les pulsars apparaissent comme des étoiles clignotantes, des cônes de lumière jaune qui s'allument et s'éteignent régulièrement. En réalité, cela est dû au fait que le faisceau lumineux du pulsar n'est généralement pas aligné avec l'axe de rotation du pulsar. La fréquence des impulsions lumineuses révèle également la vitesse de rotation du pulsar.
Au total, plus de 2 000 pulsars ont été détectés. La plupart d'entre eux tournent environ une fois par seconde (appelés "pulsars lents"), tandis que plus de 200 pulsars ont été découverts tournant des centaines de fois par seconde (appelés "pulsars millisecondes"). Les pulsars millisecondes connus les plus rapides peuvent tourner plus de 700 fois par seconde !
Comment naissent les pulsars
Un pulsar n'est pas vraiment une étoile, ou du moins pas une étoile "vivante". Comme nous l'avons déjà mentionné, un pulsar appartient à la famille des "étoiles à neutrons", qui se forment lorsqu'une étoile plus massive que le Soleil n'a plus de combustible dans son noyau et s'effondre sur elle-même. Cette mort stellaire donne généralement lieu à une explosion massive appelée supernova. L'étoile à neutrons est la pépite dense de matière qui reste après cette mort explosive.
Pulsars : quelques caractéristiques
Les étoiles à neutrons ont généralement un diamètre compris entre 12,4 et 14,9 miles (20 à 24 kilomètres), mais peuvent contenir jusqu'à deux fois la masse du Soleil, dont le diamètre est d'environ 864 938 miles (1 392 millions de km). Un morceau de matière de la taille d'un morceau de sucre provenant d'une étoile à neutrons pèserait environ 1 milliard de tonnes, soit "à peu près la même chose que le mont Everest", selon la NASA.
La force gravitationnelle à la surface d'une étoile à neutrons serait environ 1 milliard de fois plus forte que la force gravitationnelle à la surface de la Terre. Le seul objet dont la densité est supérieure à celle d'une étoile à neutrons est un trou noir, qui se forme également lorsqu'une étoile mourante s'effondre.
L'étoile à neutrons la plus massive jamais mesurée représente 2,04 fois la masse du Soleil. Selon Feryal Özel, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'université d'État de l'Arizona, spécialiste des objets compacts et des états extrêmes de la matière dans l'univers, les scientifiques ne savent pas exactement à quel point les étoiles à neutrons peuvent devenir massives avant de devenir des trous noirs.
Özel a également souligné que le faisceau d'ondes radio émis par un pulsar peut ne pas passer dans le champ de vision d'un télescope terrestre, empêchant les astronomes de le voir. Pourquoi les pulsars ont-ils un mouvement ondulatoire ? Les pulsars tournent parce que les étoiles à partir desquelles ils ont été formés tournent également, et l'effondrement de la matière stellaire entraîne une augmentation de la vitesse de rotation du pulsar.
Le pulsar absorbe de la matière et de l'élan d'autres corps célestes, ce qui augmente progressivement sa vitesse de rotation. En pratique, un pulsar peut avaler une étoile en entier et lui sucer la vie ! Ils sont utilisés par les scientifiques pour obtenir des informations sur la physique des étoiles à neutrons, qui constituent la matière la plus dense de l'univers (à l'exception de la matière des trous noirs), mais sont également étudiés dans le cadre de la recherche de planètes au-delà du système solaire terrestre et pour mesurer les distances cosmiques. Les pulsars pourraient également aider les scientifiques à analyser les ondes gravitationnelles, qui pourraient indiquer la voie vers des événements cosmiques énergétiques tels que les collisions entre trous noirs supermassifs.