Étoiles à neutrons et pulsars — Astronomie, 14–17 ans
Une étoile massive peut laisser derrière elle un objet contenant plus de masse que le Soleil dans une sphère de la taille d’une ville. Certaines étoiles à neutrons balaient la Terre avec des faisceaux, comme des phares cosmiques, et produisent des impulsions régulières.
De la matière comprimée dans une ville
Une étoile à neutrons est le cœur effondré qui reste après l’explosion d’une étoile massive. La pression comprime les protons et les électrons pour former surtout des neutrons, tandis que son immense gravité maintient l’objet. Elle peut tourner plusieurs fois par seconde et posséder un champ magnétique très puissant. Si son faisceau pointe vers la Terre à chaque tour, on parle de pulsar.
Pourquoi étudier ces objets extrêmes ?
Les astronomes voulaient comprendre le comportement de la gravité et de la matière dans des conditions impossibles à reproduire sur Terre. En 1967, Jocelyn Bell Burnell a remarqué des impulsions radio étonnamment régulières ; leur source a été identifiée comme une étoile à neutrons en rotation. Les pulsars sont devenus des horloges et des laboratoires pour tester les théories sur la matière dense, les champs magnétiques et la gravité.
Trouver la rotation d’un pulsar
Un radiotélescope enregistre des impulsions d’un pulsar à 0,033 s, 0,066 s et 0,099 s après un instant choisi. Première étape : soustraire deux temps voisins donne 0,033 s à chaque fois. Deuxième étape : la période vaut 0,033 s. Troisième étape : la fréquence est 1 divisée par la période, donc 1 ÷ 0,033 ≈ 30,3 tours par seconde, si une impulsion arrive par tour.
L’étoile ne clignote pas
Il est naturel de penser qu’un pulsar s’allume et s’éteint comme une lampe lointaine. La régularité du signal pousse à cette image, mais le faisceau balaie l’espace pendant que l’étoile tourne. Nous voyons une impulsion seulement lorsque le faisceau traverse la Terre, comme un phare qui paraît lumineux un instant alors que sa lampe reste allumée.
Des horloges dans l’espace
Certains pulsars milliseconde tournent avec une telle régularité que les astronomes peuvent comparer leurs impulsions à des horloges atomiques. De petites variations peuvent révéler une étoile compagne, une planète ou les effets de rides de l’espace-temps. Les pulsars ne sont pas des horloges parfaites, mais leur rythme prévisible aide à étudier les objets et la gravité dans la Galaxie.
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