C’est par hasard, en 1967, que les pulsars ont été découverts par une équipe de chercheurs en radioastronomie de Cambridge. Depuis lors, ces objets célestes n’ont cessé d’intriguer les scientifiques, autant en eux-mêmes que pour les réponses qu’ils peuvent apporter en astrophysique et en cosmologie.
DÉCOUVERTE DES PULSARS
La découverte des pulsars, qui remonte à 1967, s’est faite par hasard. Ce n’est pas rare, en science, que des découvertes naissent ainsi, mais celle-ci allait ouvrir la voie à plus de 40 ans d’étonnement, d’outils pour l’astrophysique mais aussi de mystères que les chercheurs tentent encore aujourd’hui de percer. Cette découverte fut faite par une étudiante britannique, Jocelyn Bell, membre d’une équipe de Cambridge qui étudiait les scintillations des radio sources provoquées par l’inhomogénéité du plasma de la couronne solaire. C’est donc une découverte réalisée en radioastronomie, branche relativement jeune de l’astronomie (années 1930) qui observe le ciel en ondes radio. Le signal observé par J. Bell intrigua l’équipe car cette source scintillait même la nuit et les fluctuations se révélaient très régulières, des impulsions d’environ 50 millisecondes, se répétant à une période voisine de la seconde. D’abord expliquée par une origine humaine, on comprit vite qu’elle était trop éloignée pour cela.
DES ÉTOILES À NEUTRONS
La découverte de Jocelyn Bell, accompagnée de plusieurs observations similaires, amena les chercheurs à considérer ces sources comme de nouveaux objets astronomiques, ap pelés des pulsars (PULSating Astronomical Radiosource). En fait, les pulsars sont des étoiles à neutrons, évolutions d’étoiles dont la masse initiale doit être comprise entre 8 et 15 masses solaires. L’évolution d’une telle étoile commence par une phase rapide (quelques millions d’années) pendant laquelle elle consomme son hydrogène, puis, dans une seconde phase, elle consomme son hélium et éjecte une vaste enveloppe. Il reste alors un caur très dense, dont l’évolution dépend de sa masse. Pour les masses comprises entre 1,9 et 2,5 masses solaires, le coeur s’effondre pour donner une étoile à neutrons, qui pourra éventuellement être un pulsar. Un pulsar est donc une étoile à neutrons, d’un diamètre de l’ordre de la dizaine de kilomètres, tournant sur elle-même avec une période de quelques dizaines de millisecondes.
OBJETS CÉLESTES TRÈS UTILES
Depuis maintenant plus de 45 ans, les pulsars font l’objet de nombreuses recherches. D’abord, pour mieux comprendre ses objets mystérieux. En améliorant le chronométrage des pulsations, on peut mieux le connaître : comment il rayonne, comment la rotation décélère et quel est son âge. De même, des brusques modifications de la période du pulsar fournissent des informations riches sur la surface de l’étoile. Mais les pulsars peuvent également permettre, par exemple, de détecter des planètes. En effet, la présence d’une composante périodique dans le chronométrage d’un pulsar peut révéler une planète orbitant autour de l’étoile. C’est en utilisant cette méthode qu’une équipe décela sans ambiguïté la présence de deux compagnons autour du pulsar PSR B1257+12 en 1992. D’un autre côté, les pulsars doubles, c’est-à-dire dont les deux composantes sont des pulsars, pourraient permettre d’apporter une preuve, indirecte, à l’existence des ondes gravitationnelles prédites par la relativité générale.
LES PULSARS MILLISECONDE
Les nombreuses observations de pulsars ont généré une catégorie de pulsars spéciaux, qui tournent plus vite qu’un pulsar classique, atteignant des vitesses de presque 1 000 tours par seconde, soit des périodes presque aussi courtes que la milliseconde. L’effondrement du cœur ne pouvant expliquer une telle période, les chercheurs ont mis en évidence un mécanisme expliquant cette accélération. Même s’il n’est pas encore déterminé avec certitude, ce mécanisme proviendrait de l’accrétion de matière par le pulsar, matière provenant d’une autre étoile. Ainsi, le moment cinétique de la matière accrétée serait transféré au pulsar, ce qui expliquerait l’accélération de la rotation. Même si la compréhension du pulsar milliseconde n’est pas encore finalisée, il a déjà permis de nombreuses avancées. Il a fourni des informations précieuses sur le milieu interstellaire, il est un bon candidat pour un système solide de métrologie du temps et il devrait permettre des vérifications de la relativité générale.
LE PULSAR CAMÉLÉON
Des comportements étranges et inexpliqués peuvent apparaître dans le monde des pulsars. Ainsi en est-il pour l’oscillation entre deux états, calme et actif, de certains pulsars. L’observation de l’un des premiers pulsars découverts, PSR B0943+10, situé dans la constellation du Lion, à quelque 3500 années-lumière de chez nous, a montré que ses pulsations changent toutes les quelques heures et que ces variations se produisent en environ une seconde. Les chercheurs ont montré, de plus, que les émissions du pulsar en rayons X et en radio changent en même temps, c’est-à-dire que lorsque la luminosité radio augmente, elle baisse en rayons X et inversement. Ce comportement, qui intrigue les chercheurs, pourrait s’expliquer par un changement rapide de la totalité de la magnétosphère de l’astre, car les émissions radio sont générées dans la magnétosphère diffuse et externe. Dans tous les cas, l’étude de ce pulsar caméléon devrait permettre bientôt de dynamiser les recherches en astrophysique.
EN RÉSUMÉ
Découverts en 1967 par des radioastro-nomes, les pulsars sont des objets célestes aussi riches que surprenants. Depuis presque 50 ans, les chercheurs ne cessent d’en découvrir les propriétés propres, comme leur physique de surface ou leur âge, mais aussi de les utiliser pour confirmer certains résultats en relativité générale, ou bien pour rendre plus fiables encore les méthodes utilisées en métrologie du temps. Ces résultats sont obtenus avec des pulsars « normaux », mais aussi avec une catégorie spéciale de pulsars, les pulsars milliseconde.