Les Étoiles à Neutrons : Les Pulsars |
Une Étoile Morte Crache un Jet de Particules Record |
COMMENT ÇA MARCHE N°140 > Juillet > 2022 |
Portrait-Robot d'une Étoile à Neutrons |
SCIENCES ET AVENIR N°896 > Octobre > 2021 |
11 km : le Rayon d'une Étoile à Neutrons |
A.Kh. - SCIENCES ET AVENIR N°879 > Mai > 2020 |
On a vu Le Cœur d'une Étoile fuir à 4.000.000 km/h |
B.R. - SCIENCE & VIE N°1220 > Mai > 2019 |
Masse Maximale d'une Étoile à Neutrons de 2,16 |
F.O. - SCIENCES ET AVENIR N°853 > Mars > 2018 |
Un Pulsar agite le Centre de M 31 |
CIEL & ESPACE N°553 > Mai-Juin > 2017 |
Une Étoile à Neutrons révèle un Effet Quantique : la Biréfringence |
S.B. - POUR LA SCIENCE N°472 > Février > 2017 |
Le Secret des Pulsars |
Les phares de l'espace ! Depuis la Terre, un pulsar ressemble a une lumière de phare rayonnant par intermittence.
Découvert en 1967 puis catalogué étoile à neutrons en rotation, fortement magnétique, un pulsar se formerait lorsqu'une supernova compresse le noyau d'une étoile massive. Étant bien plus petit que l'étoile originelle, la vitesse de rotation du pulsar est d'autant plus élevée ; elle avoisine parfois les centaines de fois par seconde !
Un pulsar émet des faisceaux de rayonnements le long de son axe magnetique, qui est différent de son axe de rotation. Le faisceau étant apparent une ou deux fois par rotation (selon son alignement avec la Terre), nous avons une impression de clignotement. Lorsque toute l'énergie électromagnétique est émise, la rotation du pulsar ralentit et finit par stopper ; ce phénomène semble se produire à n'importe quel moment entre 10 et 100 millions d'années après la formation de l'étoile. Un des pulsars les plus proches de la Terre, PSR J0108-1431, est aussi l'un des plus anciens détecté aux rayons X. Il s'agit d'un pulsar isolé (c'est à dire qu'il ne se trotive pas dans un système d'étoile binaire ou un autre). Il serait âgé de 200 millions d'années et se trouve à 770 années-lumière de nous. En raison de son âge, PSR J0108-1431 est également l'un des moins actifs : il tourne à peine plus vite qu'une révolution par seconde. Les pulsars sont plutôt utiles. Le pulsar milliseconde rivalise avec la précision des horloges atomiques. Il est exploité pour détecter les ondes gravitationnelles qui passent par la Terre. Ils ont également servi à créer des cartes pouvant être utilisées dans l'espace. Ces cartes ont intégré les engins spatiaux Pioneer et Voyager.
COMMENT ÇA MARCHE N°45 > Mars > 2014 |
Un Pulsar Poids lourd Défit Einstein |
Les plus denses objets de l'univers ont un nouveau champion des poids lourds : un pulsar de deux fois la masse du soleil dans un corps si petit qu'il tiendrait sur l'île de Manhattan.
Son existence pourrait mettre la théorie de la relativité générale de Einstein en danger. Les pulsars sont des corps stellaires en rotation rapide qui balaient le ciel avec un faisceau d'ondes radio. Les plus rapides sont dans des systèmes binaires, appariés avec un autre objet, comme une autre étoile. Selon la théorie de Einstein, les deux corps genèrent de fortes ondulations dans l'espace-temps - des ondes gravitationnelles. Étudier ces systèmes binaires pourrait être un bon moyen de repérer ces ondes et de tester les théories de la relativité générale. Victoria Kaspi de l'université McGill à Montréal, et ses collègues ont dont découvert le pulsar le plus lourd à ce jour J0348+0432, dont les premiers résultats suggèrent qu'il dispose d'une masse 2,04 fois plus elevée que celle du soleil.
Le précèdent record était de 1,97 masse solaire. Cette disparité de masse rend la paire utile pour tester la théorie, indique la scientifique. Mais l'énorme masse du pulsar pourrait être à la limite des prédictions de la relativité générale. Les pulsars ne peuvent faire plus de 24 kilomètres de diamètre. Or les théories sur l'effondrement des atomes prédisent que les étoiles à neutrons ne peuvent pas croître beaucoup plus que J0348+0432 à moins de s'effondrer en un trou noir. "Ce chiffre de 2,04 masses solaires nous oblige à verifier tous les paramètres", explique Feryal Ozel de l'université de l'État d'Arizona. Ces résultats ont été présentés à la Conférence Harvard-Smithsonian d'astrophysique théorique à Cambridge, du 14 au 17 mai.
LE MONDE DES SCIENCES N°4 > Août-Septembre > 2012 |
Un Condensé d'Étoiles à Neutrons |
En fin de vie, certaines étoiles massives s'effondrent sur elles-mêmes et concentrent leur matière, formée de neutrons, en une très petite sphère. Un Soleil et demi se trouve ainsi concentré dans 20 km de diamètre. Se forme une étoile à neutrons, ou "pulsar", car cet objet, qui tourne très vite, émet des ondes radio et des rayons gamma à intervalle régulier.
Toutes les millisecondes pour les plus rapides. Si deux mille pulsars étaient connus avant Fermi, seuls quelques-uns avaient été repérés émettant en gamma. Désormais, ils sont une soixantaine. Avec, de plus, des caractéristiques nouvelles : certains n'émettent pas en radio, d'autres ont été trouvés dans des régions assez tranquilles, non perturbées par des voisins stellaires.
De ce fait, ils sont très stables et permettent d'envisager des mesures très précises, peut-être même de leur sensibilité à des effets encore jamais vus, comme le passage d'une onde gravitationnelle. Cette dernière est capable de modifier localement la structure de l'espace-temps, comme une vague déforme la mer. "Il y a un an, nous ne nous serions même pas posé cette question. Mais nous avons trouvé des pulsars qui remplissent les critères pour cette expérience", s'enthousiasme David Smith.
Il suffirait de 20 pulsars stables pour tenter l'expérience. Une poignée a déjà été trouvée. L'opération consisterait à mesurer leur battement depuis la Terre pour détecter des variations parasites : seules des ondes gravitationnelles pourraient en être la cause. Les chercheurs étudient aussi le vent autour d'un pulsar. Le champ magnétique de cette étoile éjecte en effet des électrons et des anti-électrons qui percutent le milieu interstellaire. Cette onde de choc redonne un coup d'accélérateur aux particules, qui finissent par émettre des rayons gamma. Mais, pour une raison encore inconnue, tous les pulsars n'ont pas cette nébuleuse venteuse autour d'eux et les trois vents de pulsars détectés pour l'instant sont trop peu nombreux pour répondre à cette question. Enfin, les chercheurs sont aussi intéressés par les très jeunes pulsars, difficiles à détecter par leurs émissions radio. C'est un chaînon manquant dans l'histoire de ces étoiles massives qui sont à la source des atomes lourds, comme le fer, qui constituent notre environnement. Nos cousines en somme.
SCIENCES ET AVENIR > Mars > 2010 |
Une Atmosphère de Carbone entourerait les Étoiles à Neutrons |
L'étoile à neutrons de la nébuleuse de gaz Cassiopée A (point blanc au centre) serait entourée d'une couche gazeuse de 10 centimètres de carbone pur, aussi compacte que le diamant, chauffée à un million de degrés !
C'est l'hypothèse de Wynn Ho, de l'université de Southampton et de Craig Heinke, de l'université de l'Alberta, pour expliquer ce qui restait un mystère. Provenant de l'explosion en supernova d'une étoile géante en fin de vie, une étoile à neutrons ne peut théoriquement mesurer moins de 20 kilomètres de diamètre. Or, en supposant que ce spécimen avait, comme ses consours, une atmosphère composée d'hydrogène et d'hélium, les calculs effectués à partir de rayons X lui conféraient un diamètre absurde de 9 kilomètres. Une atmosphère carbonée rend les calculs de son diamètre bien plus cohérents. Cette spécificité pourrait s'expliquer par le très jeune âge de Cassiopée A dont la supernova d'origine aurait été observée en 1680.
Selon les chercheurs, toutes les étoiles à neutrons naîtraient avec une telle atmosphère de carbone. En refroidissant au fil des ans, elles se couvriraient ensuite d'un châle d'hydrogène et d'hélium en le puisant dans la nébuleuse.
B.R. - SCIENCE & VIE > Février > 2010 |
Les Couples Explosifs |
716 tours par seconde : C'est la vitesse de rotation du pulsar le plus rapide jamais observé. Comme toute étoile à neutrons, son rayon ne dépasse pas les 15 km : la vitesse de sa surface frôle donc les 250 millions de km à l'heure, soit un quart de la vitesse de la lumière !
Les pulsars sont les phares de l'espace : ils tournent sur eux-mêmes en balayant le cosmos d'un faisceau d'ondes radio. Ce sont des étoiles à neutrons d'un genre très particulier : leur vitesse de rotation est incroyablement jusqu'à plusieurs centaines de tours par seconde ! Or ils ont souvent une compagne, étoile à neutrons elle aussi. En 2003, les astronomes ont ainsi découvert le système PSR J0737- 3039, dont les deux pulsars ont - coïncidence -, leurs faisceaux dans l'alignement de la Terre. Ces couples dansent un tango serré puisque leur orbite tient dans le diamètre du Soleil !
Comment cela est-il possible ? Ces astres sont issus des explosions d'étoiles massives, qui tournent déjà sur elles-mêmes à l'origine. La brusque réduction de leur taille leur confère une prodigieuse accélération, tout comme un patineur augmente sa vitesse de rotation en repliant ses bras.
UNE DANSE MORTELLE
Certaines, sous le coup de leur explosion, ont probablement manqué de se quitter à jamais : "Parmi la dizaine de cas que l'on connaît, précise Robert Mochkovitch, de l'Institut d'astrophysique de Paris (IAP), le plus célèbre, PSR 1913+16, a une orbite très elliptique, très allongée, signe que le lien gravitationnel qui unit les deux étoiles à neutrons a failli lâcher !" Mais parfois, le lien tient. Et il ne va plus s'arrêter de se resserrer. Car au cours de leur danse endiablée, les partenaires, devenus des boules très denses de matière, vont disperser de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles et vont donc petit à petit se rapprocher. Le tango se terminera inévitablement par un baiser de la mort : les deux finiront par fusionner dans une gigantesque explosion que les scientifiques appellent un "sursaut gamma court", car il ne dure qu'une fraction de seconde. Une centaine de ces sursauts pointe vers la Terre chaque année. Mais contrairement aux sursauts longs, trois fois plus fréquents, il reste quelques interrogations sur leur origine : en théorie, les explosions des deux étoiles devraient les propulser très loin de leur lieu de naissance, vers la périphérie des galaxies. Or, certains sursauts courts ont été repérés près du centre de galaxies. Par ailleurs, la durée de vie des astres d'origine, additionnée à la durée de rapprochement des deux étoiles, dépasse... plusieurs milliards d'années. "Les sursauts gamma ne sont donc pas censés provenir de régions où les étoiles sont toutes jeunes, explique Frédéric Daigne, de l'IAP...
Or, on en a observé quelques-uns dans ce cas. Peut-être les sursauts courts ont-ils plusieurs origines..." La meilleure façon de s'en assurer serait de détecter simultanément un sursaut gamma court, et la trace gravitationnelle d'une fusion d'étoiles à neutrons.
B.R. - SCIENCE & VIE > Juillet > 2009 |
Un Pulsar surpris en Pleine Accélération |
Comment expliquer l'étonnante vitesse de rotation des pulsars millisecondes, ces étoiles à neutrons qui font plusieurs centaines de tours par seconde sur elles-mêmes en émettant des ondes radio ?
Jusqu'ici, les astronomes ne disposaient que d'un modèle : dans un système binaire, c'est la chute de matière d'une étoile banale vers une étoile à neutrons qui accélére l'astre compact - à la manière d'un ballon dont la rotation est entretenue avec la main. Désormais, ils ont une preuve ! Autour du pulsar milliseconde J1023, repéré en 2007 à 4000 années-lumière de distance grâce au radiotélescope de Green Bank, une équipe menée par la Canadienne Anne Archibald vient de repérer un disque d'accrétion : le signe clair et net de la chute de matière sur l'objet compact. En fait, ce disque est visible sur des images d'archives de la zone obtenue par le relevé céleste Sloan, en 2000. À cette époque, sans doute bloquée par le disque de matière, aucune émission radio n'était visible. Ce n'est que lorsque la chute de matière a cessé, en 2002, et que le disque a disparu, que l'émission radio du pulsar a émergé, à 592 tours par seconde.
CIEL & ESPACE > Juillet > 2009 |
On sait ce qui fait Tourner les Pulsars |
Une nouvelle théorie permet d'expliquer ce qui fait tourner les étoiles à neutrons pour donner naissance aux pulsars. C'est l'onde de choc, créée par l'effondrement du cœur de l'étoile, qui induit la rotation du pulsar.
John Blondin de l'université de Caroline du Sud, et Anthony Mezzacappa du Oak Ridge National Laboratory dans le Tennessee, ont reproduit par ordinateur la formation de supernovae dites "à effondrement de cœur", ces étoiles si massives qu'en leur centre les atomes sont broyés, électrons et protons entrant en collision pour former des neutrons.
Résultat : ils ont découvert qu'en se propageant, l'onde de choc produite par l'effondrement du cour induit un mouvement de rotation dans les couches externes de l'étoile. Et c'est lors de l'accrétion par le cœur de cette matière en rotation que le pulsar se met lui-même à tourner. Une théorie qui rend mieux compte des vitesses de rotation observées parmi les pulsars que ne le faisait la théorie en vigueur, stipulant que leur mouvement est induit par la rotation initiale de l'étoile qui leur donne naissance.
Er.H. - SCIENCE & VIE > Mars > 2007 |