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Pulsar
Image composite visible/rayon X du pulsar du Crabe, né de la supernova historique SN 1054, montrant le gaz environnant la nébuleuse agité par le champ magnétique et le rayonnement du pulsar. Image NASA.
Image composite visible/rayon X du pulsar du Crabe, né de la supernova historique SN 1054, montrant le gaz environnant la nébuleuse agité par le champ magnétique et le rayonnement du pulsar. Image NASA.

Un pulsar (Un pulsar, dont le nom provient de l'abréviation de pulsating radio source (source radio pulsante), est le nom donné à une étoile à neutrons tournant très...), dont le nom provient de l'abréviation de pulsating radio source (source radio pulsante), est le nom donné à une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) à neutrons tournant très rapidement sur elle-même (période typique de l'ordre de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...), voire beaucoup moins pour les pulsars milliseconde), et émettant un fort rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique et magnétique.) dans la direction de son axe magnétique. Le nom de pulsar vient de ce que lors de leur découverte, ces objets ont dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) été interpétés comme étant des étoiles variables sujettes à des pulsations très rapides, hypothèse qui s'est rapidement avérée incorrecte, mais dont le nom est malgré tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) resté.

L'axe magnétique d'une étoile à neutrons n'étant en général, à l'instar de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...), pas aligné avec son axe de rotation, la région d'émission correspond à un instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) donné à un faisceau, qui balaie au cours du temps un cône du fait de la rotation de l'astre. Un pulsar se signale pour un observateur distant sous la forme d'un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux...) périodique, la période correspondant à la période de rotation (La période de rotation désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour faire un tour sur lui même. Par exemple, la Terre a une période de rotation d'environ 24 heures.) de l'astre. Ce signal est extrêmement stable, car la rotation de l'astre l'est également, mais ralentit très légèrement au cours du temps.

Les pulsars sont issus de l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la matière résultante...) d'une étoile massive (Le mot massif peut être employé comme :) en fin de vie (La vie est le nom donné :), phénomène appelé supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de...). Toutes les supernovae ne donnent pas naissance à des pulsars, certaines laissant derrière elles un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de...), d'autres ne laissant aucun résidu compact derrière elles (supernovae de type Ia, ou thermonucléaires). Si une étoile à neutrons a une durée de vie virtuellement infinie, le phénomène d'émission caractéristique d'un pulsar ne se produit en général que pendant quelques millions d'années, après quoi il devient trop faible pour être détectable avec les technologies actuelles.

Les pulsars ont été découverts en 1967 de façon quelque peu fortuite par Antony Hewish et son étudiante Jocelyn Bell (Bell Aircraft Corporation est un constructeur aéronautique américain fondé le 10 juillet 1935. Après avoir construit des avions de combat durant la Seconde Guerre mondiale, mais aussi le premier avion à avoir franchi le mur du son, l'entreprise...) (maintenant Jocelyn Bell-Burnell) qui étudiaient des phénomènes de scintillation réfractive dans le domaine radio et avaient de ce fait besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins...) d'un instrument mesurant des variations d'un signal radio sur des courtes durées (une fraction de seconde). L'instrument a de ce fait permis de détecter la variation périodique d'objets qui se sont avérés être des pulsars, le premier d'entre eux portant le nom de PSR B1919+21 (ou CP 1919 à l'époque). Cette découverte fut récompensé par le Prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste Alfred Nobel. Il...), attribué en 1974 à Hewish ainsi que son collaborateur Martin Ryle, qui avaient construit l'instrument ayant permis la découverte, mais pas à Jocelyn Bell, chose qui apparaît aujourd'hui comme étant une injustice[réf. nécessaire].

Les pulsars ont depuis permis le développement important de très nombreuses disciplines de l'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers...), allant de tests de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une théorie relativiste...) et de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état...) condensée, jusqu'à l'étude de la structure de la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se situent...) et bien sûr des supernovae. L'étude d'un pulsar binaire, PSR B1913+16, a pour la première fois permis de mettre en évidence la réalité du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) gravitationnel prédit par la relativité générale, et a également été récompensée du Prix Nobel de physique (Russell Alan Hulse et Joseph Hooton Taylor, en 1993).

Du fait de l'émission d'un pulsar cantonnée à un cône, un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de pulsars sont inobservables depuis la Terre, car celle-ci ne se trouve pas dans le cône balayé par le faisceau de nombreux pulsars. Néanmoins, plus de 2000 pulsars sont connus à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en...) actuelle (2007), la quasi totalité d'entre eux étant situés dans la Voie lactée ou certains de ses amas globulaires, les autres, très peu nombreux, étant situés dans les deux Nuages de Magellan. Il existe une grande variété de types de pulsars (pulsars radio, pulsars X, pulsars X anormaux, magnetars, pulsars milliseconde), dont les propriétés dépendent essentiellement de leur âge et de leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...).

Histoire

Les pulsars ont été découverts en 1967 par Jocelyn Bell et Antony Hewish à Cambridge alors qu'ils utilisaient un radiotélescope (Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour capter les ondes radioélectriques émises par les astres. Ces ondes radio, bien que plus ou moins...) pour étudier la scintillation des quasars. Ils trouvèrent un signal très régulier, constitué de courtes impulsions de rayonnement se répétant après quelques secondes. L'origine terrestre du signal était exclue car le temps qu'il prenait pour réapparaître était un jour sidéral (Un jour sidéral, qui signifie littéralement temps d'étoile, est la durée que met une planète pour faire un tour sur elle-même, indépendamment de sa...) et pas un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...) solaire. Cette anomalie fut finalement identifiée au signal émis par une étoile à neutrons en rotation rapide. Les impulsions étaient (et sont toujours) émises toutes les 1,3373 secondes et cette régularité excluait tout autre objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...).

Ce nouvel objet fut baptisé CP 19191 pour Cambridge Pulsar à proximité de 19h 19m et est nommé aujourd'hui PSR 1919+21 pour PulSaR à 19h19m en ascension droite et +21° de déclinaison. Le nom original pour l'objet était " LGM ", pour Little Green Men (les petits hommes verts), car le signal faisait penser à celui provenant d'une balise qui aurait été fabriquée par une intelligence extraterrestre. Après maintes spéculations, il fut admis que le seul objet naturel qui pourrait être responsable de ce signal était une étoile à neutrons ; un objet dont l'existence était encore hypothétique.

Dans les années 1980, on découvrit les pulsars milliseconde, qui, comme leur nom l'indique, possèdent des périodes de quelques millisecondes. En outre, une découverte importante fut celle d'un pulsar dans un système binaire (Le système binaire est un système de numération utilisant la base 2. On nomme couramment bit (de l'anglais binary digit, soit « chiffre...). La précision élevée des mesures a permis aux astronomes de calculer la perte d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) orbitale du système, que l'on attribue à l'émission d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) gravitationnelles.

Depuis 1982, le pulsar B1937+21 possédait la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi...) de rotation la plus élevée et avait été détecté au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères qui englobe...) de l'amas globulaire Terzan 5. Sa fréquence de rotation s'élevait à 642 Hz.

Au cours du mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de janvier 2006, une publication a fait état de la détection d'un pulsar baptisé Ter5ad toujours au sein du même amas globulaire et dont la fréquence de rotation s'élève à 716 Hz.

Théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...)

Il est largement admis que les impulsions que nous observons sont produites quand un faisceau de rayonnement est dirigé dans notre direction à chaque rotation de l'étoile à neutrons. L'origine du faisceau est liée au non-alignement de l'axe du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une...) de l'étoile avec son axe de rotation. Le faisceau est émis à partir des pôles du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique qui peuvent fortement s'écarter des pôles de rotation de l'étoile. La source d'énergie du champ magnétique est l'énergie de rotation de l'étoile, rotation qui ralentit au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la...) et à mesure que l'énergie est émise.

On pense que la grande vitesse (On distingue :) de rotation des pulsars milliseconde est provoquée par la chute de matière arrachée à une étoile compagne.

Un point (Graphie) intéressant dans l'étude des pulsars est l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) de petites irrégularités de la vitesse de rotation de l'étoile à neutrons. Normalement, cette vitesse diminue très lentement et très régulièrement, mais on observe des variations soudaines. Pendant un certain temps, on pensa que ces variations étaient des tremblements d'étoiles provoqués par un réajustement de la croûte de l'étoile. Des modèles où le problème est dû à un découplage de l'intérieur probablement supraconducteur de l'étoile ont été également avancés. Actuellement, on donne la préférence à un modèle où ces variations proviennent d'un découplage du cœur supraconducteur de l'étoile.

En 2003, des observations du pulsar de la nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un objet céleste d’aspect diffus...) du Crabe (Crabe est un nom vernaculaire ambigu utilisé en français pour désigner de nombreuses espèces de crustacés décapodes, pour la...) ont révélé l'existence de sous-impulsions d'une durée de quelques nanosecondes se superposant au signal principal. On pense que ces impulsions sont émises par des régions de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) du pulsar ne faisant pas plus de 60 cm de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.), ce qui font d'elles les plus petites structures à l'extérieur du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) : les huit...) à pouvoir être mesurées.

Importance

Comme mentionné ci-dessus, la découverte des pulsars a permis aux astronomes d'étudier un objet jamais observé auparavant : l'étoile à neutrons. Ce genre d'objet est le seul endroit où on peut observer, indirectement, le comportement de la matière à une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) similaire à celle existant dans un noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de neutrons (les nucléons). La taille du noyau (10-15 m) est...). En outre, les pulsars milliseconde ont permis de tester la relativité générale dans des conditions de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) intense.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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