Pulsar - Définition et Explications

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Observation et détection des pulsars

Les pulsars sont en général plus facilement observables en radio. Leur détection requiert par contre un certain soin. En effet, la vitesse de propagation des ondes radio est très légèrement inférieure à celle de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) du fait de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) très faible mais non nulle du milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre...). Les calculs indiquent que cette vitesse (On distingue :) de propagation dépend de la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...). En conséquence de quoi, le train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de...) de pulses d'un pulsar (Un pulsar est le nom donné à une étoile à neutrons, tournant très...) va arriver décalé d'une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) à l'autre, ce que l'on appelle mesure de dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un...). Si l'on observe sur une bande de fréquence (Une bande de fréquence définit une plage de fréquences qui ont des...) trop large, alors le décalage des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) d'arrivée peut devenir supérieur à la période du pulsar, et l'on perd l'émission périodique de celui-ci. Pour détecter un pulsar, il convient donc d'observer des bandes de fréquences très étroites. Le problème est alors que la densité de flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) reçue est très faible. En pratique, l'on contourne le problème en observant plusieurs bandes de fréquence et en regardant si l'on arrive à les combiner en un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) périodique une fois supposée la présence de dispersion.

Le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) ci-dessous liste les principales opérations dédiées sur l'un des grands radiotélescopes terrestres en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) de détecter des pulsars.

Observatoire Fréquence
de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...)
(MHz)
Canaux et
bande passante (La bande passante (angl. bandwidth) est un intervalle de fréquences pour lesquelles la...)
(MHz)
Échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante...)
(ms)
Sensibilité
(mJy)
Région couverte Nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...)
de pulsars
découverts
Année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) et références
Molonglo 408 4 - - - 31 1968, 1969
Jodrell Bank 408 4 40 10 0°<l<40°
|b|<10°
31 1970
Arecibo 430 8 5,6 - 35°<l<75° et 170°<l<75°
|b|<4°
31 1974, 1975
Molonglo 408 4 10 - δ<20° 155 1978
Green Bank 408 16 16 - δ>20° 23 1982
Green Bank 390 16 16 2 δ<-18° 34 1985
Green Bank 390 8 2 3 3725 degrés carrés 20 1986
Jodrell Bank 1400 40 2 1 -5°<l<95°, |b|<1° et
95°<l<105°, |b|<0,6°
40 1992
Parkes 1500 80 et 320 0,3 et 1,2 2,5 et 1,0 270°<l<20°
|b|<10°
46 1992
Arecibo 430 10 0,25 0,2 9128 degrés carrés 19 1995
Parkes 436 32 0,3 3 Ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère...) complet 101 1996
Arecibo 430 8 0,25 0,5 680 degrés carrés 12 1996
Arecibo 430 8 0,2 et 0,3 0,7 960 degrés carrés 12 1996
Parkes 1374 96×3 0,125 0,5 260°<l<50°
5°<|b|<10°
69 2001
Parkes 1374 96×3 0,25 0,17 260°<l<50°
|b|<5°
700 2001, 2002, 2003

Historique de la découverte

Les pulsars ont été découverts en 1967 par Jocelyn Bell (Bell Aircraft Corporation est un constructeur aéronautique américain fondé le 10 juillet 1935....) et Antony Hewish à Cambridge alors qu'ils utilisaient un radiotélescope (Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour...) pour étudier la scintillation des quasars. Ils trouvèrent un signal très régulier, constitué de courtes impulsions de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) se répétant de façon très régulière (la période de 1,337301192 seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) étant ultérieurement mesurée avec une très haute précision). L'aspect très régulier du signal plaidait pour une origine artificielle, mais une origine terrestre 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...) et pas un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) solaire, indiquant une position fixe sur la sphère céleste (La sphère céleste est une sphère imaginaire de rayons quelconques et dont le centre est occupé...), chose impossible, même pour un satellite artificiel (Un satellite artificiel est un objet fabriqué par l'homme, envoyé dans l'espace à...).

Ce nouvel objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) fut baptisé CP 1919 pour Cambridge Pulsar [à proximité de] 19h 19m [d'ascension droite] et est nommé aujourd'hui PSR B1919+21 pour PulSaR à 19h19m en ascension droite et +21° de déclinaison. Pour l'anecdote, la désignation initiale donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...) par Jocelyn Bell et Antony Hewish était « LGM-1 », pour Little Green Men-1 (litt. « petits hommes verts-1 »), 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 (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) à neutrons en rotation rapide. Ces objets n'avaient pas encore à l'époque été observés, mais leur existence comme produit de l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un...) d'une étoile massive (Le mot massif peut être employé comme :) en fin de vie (La vie est le nom donné :) ne faisait guère de doute. La découverte du pulsar PSR B0531+21 au sein de la Nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un...) du Crabe (Crabe est un nom vernaculaire ambigu utilisé en français pour désigner de nombreuses...) (M1), résultat de la supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une...) historique SN 1054 (La supernova de l'an 1054, ou, selon son appellation normalisée, SN 1054, est une supernova...) abondamment décrite par les astronomes d'extrême-Orient (L'Extrême-Orient désigne la partie orientale de l'Asie. Il comprend :) (Chine, Japon) acheva de parfaire l'identification entre pulsars et étoiles à neutrons.

La population de pulsars s'enrichit peu à peu de nouveaux objets, dont certains avaient des propriété atypiques. Ainsi, le premier pulsar binaire, c'est-à-dire faisant partie d'un système binaire (Le système binaire est un système de numération utilisant la base 2. On nomme...) fut découvert en 1974. Il possédait la propriété remarquable de posséder comme compagnon une autre étoile à neutrons, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) avec lui un système binaire en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) extrêmement serrée, au point (Graphie) que la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...) universelle ne permet pas d'expliquer les détails de l'orbite du pulsar, révélée par les modulations des temps d'arrivée de l'émission pulsée de ces objets. 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...) orbitale de ce système, que l'on attribue à l'émission d'ondes gravitationnelles. Un système encore plus remarquable fut découvert en 2004, le pulsar double PSR J0737-3039. Ce système est composé de deux étoiles à neutrons, qui sont toutes deux vues comme des pulsars. Ils forment le système avec une étoile à neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.) le plus serré connu à ce jour, avec une période orbitale (En astronomie, la période orbitale désigne la durée mise par un astre (étoile, planète,...) d'environ deux heures (L'heure est une unité de mesure  :). Encore plus remarquable, l'inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un...) de ce système est très basse (le système est quasiment vu dans son plan orbital), au point qu'un phénomène d'éclipse (Une éclipse correspond à l'occultation d'une source de lumière par un objet physique. En...) se produit pendant quelques dizaines de secondes lors de la révolution du système. Cette éclipse n'est pas due au masquage du pulsar d'arrière-plan par la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de celui d'avant-plan, mais au fait que les pulsars sont entourés d'une région fortement magnétisée et siège de phénomènes électromagnétiques complexes, la magnétosphère (La magnétosphère est la région entourant un objet céleste dans lequel les phénomènes...). Cette magnétosphère est susceptible d'empêcher la propagation du rayonnement issu du pulsar d'arrière-plan, offrant l'opportunité unique d'étudier la structure de la magnétosphère de ces objets.

Dans les années 1980, on découvrit les pulsars milliseconde, qui, comme leur nom l'indique, possèdent des périodes de quelques millisecondes (typiquement entre 2 et 5). Depuis 1982, le pulsar PSR B1937+21 possédait la fréquence de rotation la plus élevée. 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...) de janvier 2006, une publication a fait état de la détection d'un pulsar baptisé PSR J1748-2446ad (ou Ter5ad pour faire plus court, le pulsar étant situé au sein de l'amas globulaire Terzan 5) et dont la fréquence de rotation s'élève à 716 Hz. La recherche des pulsars à la rotation la plus rapide est d'un intérêt élevé pour l'étude de ces objets. En effet, leur période de rotation (La période de rotation désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour...) maximale est directement liée à leur taille : plus leur taille est petite, plus leur vitesse de rotation maximale peut être élevée, ceci parce que la vitesse de rotation d'un objet est limitée par le fait que la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) centrifuge ne peut excéder la force de gravitation, sans quoi l'objet perdrait spontanément la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) située dans ses régions équatoriales. La force centrifuge subie par les régions équatoriales augmente avec la taille de l'objet, alors que sa gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) de surface diminue. Un objet en rotation très rapide est ainsi signe d'un objet intrinsèquement petit, ce qui peut permettre de fixer sa structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...), une étoile à neutrons très petite étant signe non pas d'un objet peu massif (Le mot massif peut être employé comme :), mais d'un objet très compact.

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