⚡ Les pulsars sont bien plus riches qu'on ne le pensait

Des cœurs d'étoiles mortes en rotation rapide, les pulsars, semblent émettre des signaux radio non seulement depuis leurs pôles, mais également depuis leurs régions externes. Cette richesse en émissions contredit nos connaissances établies depuis des décennies.

Ces pulsars sont ce qu'on nomme des étoiles à neutrons, les résidus ultra-denses d'étoiles massives ayant terminé leur vie. Lors de leur effondrement, elles développent des champs magnétiques extrêmement puissants. En pivotant sur elles-mêmes à des vitesses pouvant atteindre plusieurs centaines de tours par seconde, elles émettent des faisceaux de rayonnement qui balaient l'espace, à la manière d'un phare.


Un groupe de scientifiques a étudié les observations radio d'environ 200 pulsars à rotation très rapide, en les confrontant à des données collectées en rayons gamma. Ils ont découvert que pour un tiers de ces objets, les ondes radio provenaient de deux zones ou plus autour de l'étoile. Par contraste, seulement 3 % des étoiles à neutrons tournant plus lentement montrent un comportement comparable, ce qui met en avant une spécificité liée à la vitesse de rotation.

La concordance entre les impulsions radio et les émissions gamma repérées par le télescope spatial Fermi de la NASA montre que ces deux types de rayonnement partagent une source commune, loin des pôles. Cette observation indique que les pulsars produisent des ondes radio à la fois près de leurs pôles, ce que l'on savait déjà, et au sein d'une 'feuille de courant' de particules chargées, une structure tourbillonnante située à une plus grande distance de l'astre.

Cette découverte facilite la détection des pulsars millisecondes, car leurs ondes radio sont émises selon un éventail de directions plus large, et non plus uniquement dans un cône étroit depuis les pôles. Par conséquent, un pulsar n'a plus besoin d'être parfaitement aligné avec la Terre pour être capté via ses émissions radio, ce qui constitue un avantage pour les projets exploitant des réseaux de pulsars, notamment pour la mesure des ondes gravitationnelles.

Un problème physique important reste à résoudre: par quel processus ces impulsions radio sont-elles créées aussi loin de l'étoile à neutrons, dans des environnements agités ? Comprendre ce mécanisme est fondamental pour exploiter pleinement ces objets comme instruments de haute précision en astrophysique, comme l'ont rappelé les auteurs dans leur étude publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

La formation des étoiles à neutrons

Les étoiles à neutrons naissent de la fin violente d'étoiles massives. Quand une étoile possédant plusieurs fois la masse du Soleil épuise son combustible nucléaire, elle ne peut plus contrer sa propre gravité. Son noyau s'écroule alors sur lui-même, déclenchant une explosion spectaculaire nommée supernova.

Cet effondrement comprime la matière à un degré inouï, engendrant un objet si concentré qu'une simple cuillère de sa substance pèserait des millions de tonnes sur Terre. La pression est telle que les électrons et les protons fusionnent pour former des neutrons, d'où le nom d'étoile à neutrons.

Ce phénomène génère aussi des champs magnétiques d'une intensité rare, parmi les plus forts connus. La rotation de l'étoile s'accélère durant l'effondrement, suivant un principe similaire à celui d'un patineur qui ramène ses bras pour tourner plus vite, ce qui peut conduire à des vitesses de plusieurs centaines de tours par seconde.

Ces caractéristiques hors normes font des étoiles à neutrons des environnements uniques pour étudier la physique dans des conditions impossibles à reproduire en laboratoire. Leur observation aide à éprouver les théories sur la matière très dense et les forces fondamentales.