Pulsar - Définition et Explications

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Introduction

Un pulsar est le nom donné à une étoile à neutrons, tournant très rapidement sur elle-même (période typique de l'ordre de la seconde, voire beaucoup moins pour les pulsars milliseconde) et émettant un fort rayonnement électromagnétique dans la direction de son axe magnétique. Le nom de pulsar (Un pulsar est le nom donné à une étoile à neutrons, tournant très...) 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...) été interprétés comme étant des étoiles variables sujettes à des pulsations très rapides. Pulsar est l'abréviation de « pulsating radio source » (source radio pulsante). Cette hypothèse s'est rapidement révélée incorrecte, mais le nom est resté.

Image composite visible/rayon X du pulsar du Crabe (Crabe est un nom vernaculaire ambigu utilisé en français pour désigner de nombreuses...), né 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...), montrant le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) environnant la nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un...) agité par le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) et le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) du pulsar. Image NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...).

Généralités

L'axe magnétique d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) 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...), pas parfaitement 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...) 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...) périodique, la période correspondant à la période de rotation (La période de rotation désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour...) de l'astre. Ce signal est extrêmement stable, car la rotation de l'astre l'est également, toutefois il 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...) d'une étoile massive (Le mot massif peut être employé comme :) en fin de vie (La vie est le nom donné :), phénomène appelé supernova (plus précisément supernova à effondrement de cœur, l'autre classe de supernovæ, les supernovae thermonucléaires ne laissant pas derrière elles de résidu compact). Toutes les supernovæ à effondrement de cœur 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...). 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 (Antony Hewish (11 mai 1924 à Fowey, Cornouailles) est un astronome britannique. Lui et Martin...) et son étudiante Jocelyn Bell (Bell Aircraft Corporation est un constructeur aéronautique américain fondé le 10 juillet 1935....) (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...) 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 récompensée par le prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les...), attribué en 1974 à Hewish ainsi que son collaborateur Martin Ryle (Sir Martin Ryle (27 septembre 1918 – 14 octobre 1984) était un radioastronome...), qui avaient construit l'instrument ayant permis la découverte, mais pas à Jocelyn Bell, chose qui apparaît aujourd'hui comme étant une injustice.

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...), allant de tests de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...) et de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) condensée, jusqu'à l'étude de la structure de la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois...) 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 gravitationnel prédit par la relativité générale, et a également été récompensée du prix Nobel de physique (Russell Alan Hulse et Joseph Hooton Taylor (Joseph Hooton Taylor, Jr. (29 mars 1941) est un astrophysicien américain. Il est...), en 1993).

Du fait que l'émission d'un pulsar est cantonnée à un cône, un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) 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 2 000 pulsars sont connus à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur...) 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. Même un pulsar aussi énergétique que le pulsar le plus énergétique connu (le pulsar du Crabe, aussi appelé PSR B0531+21) serait a priori indétectable s'il était observé depuis la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) d'Andromède (M31), aussi la Voie lactée et les Nuages de Magellan sont-elles les seules galaxies où il semble envisageable d'étudier ces objets avec les technologies actuelles.

Il existe une grande variété de types de pulsar (pulsars radio, pulsars X, pulsars X anormaux, magnétars, 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...).

  • Les pulsars radio représentent le gros de la population observée des pulsars. Il s'agit d'objets détectés dans le domaine des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) radio par leur émission pulsée. Leur détection fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) de techniques particulières, le caractère pulsé de l'émission étant relativement difficile à mettre en évidence, sauf propriétés spécifiques de certains de ces pulsars (pulses géants notamment). De façon paradoxale, le processus physique précis qui explique l'intense émission radio de ces objets n'est pas bien connu… ce qui n'empêche en rien d'étudier ces objets par son intermédiaire.
  • Les pulsars X émettent dans le domaine des rayons X, caractéristique qui regroupe plusieurs phénomènes distincts. Cette émission en X n'est en général pas due à l'émission de leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...), pourtant très chaude (plusieurs millions de kelvins, voire beaucoup plus), mais est produite à l'extérieur de celle-ci par des processus énergétiques résultant de la rotation rapide de l'étoile à neutrons. Une autre possibilité est qu'elle est due au dégagement d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) très intense causé par de la matière s'écrasant sur leur surface et échauffée lors de sa chute sur celle-ci. De tels pulsars sont situés au sein d'un système binaire (Le système binaire est un système de numération utilisant la base 2. On nomme...) dans lequel ils orbitent avec un compagnon qui est une étoile ordinaire. Si l'émission X de ce type d'objet est dans ce cas très facile à observer (l'énergie ainsi rayonnée est considérable, de l'ordre de 1031 watts, soit plusieurs dizaines de milliers de luminosités solaires), son caractère pulsé est en revanche bien plus difficile à mettre en évidence, au point (Graphie) que diverses sources de ce type (appelées pour des raisons évidentes binaires X) ne sont pas identifiables en temps que pulsars X. Les pulsars gamma sont comme leur nom l'indique des pulsars émettant dans le domaine des rayons gamma. Quand ces objets ne font pas partie d'un système binaire, leur émission gamma est rare (ou en tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) cas difficilement détectable) : seuls 7 pulsars gamma sont connus à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) (début 2008 ; voir Pulsar gamma). Si l'on excepte les pulsars présents dans les systèmes binaires, la quasi-totalité des pulsars X et pulsars gamma sont aussi des pulsars radio. La seule (notable) exception à cette règle est PSR J0633+1746, plus connu sous le nom de Geminga, qui de façon paradoxale est une des sources gamma les plus puissantes du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), mais qui demeure à ce jour totalement indétectable en radio.
  • Les pulsars X anormaux sont comme leur nom l'indique des pulsars X dont l'émission est « anormale », en l'occurrence, supérieure à l'émission maximale que ces objets devraient a priori avoir. Ils sont le signe qu'un autre processus physique, mal identifié à ce jour, leur confère une énergie importante.
  • Les magnétars sont des pulsars dont le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique est extrêmement élevé (jusqu'à 1011 teslas). De tels objets sont vraisemblablement très jeunes. Il n'est pas bien établi si ces objets sont intrinsèquement rares ou s'ils représentent un état transitoire bref mais normal de la vie d'un pulsar.
  • Les pulsars milliseconde sont des pulsars très âgés, dotés d'un champ magnétique très faible (pour un pulsar, soit quand même de l'ordre de 104 teslas) mais d'une vitesse (On distingue :) de rotation très élevée. Ces pulsars sont souvent en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) d'un compagnon, en général étoile ou naine blanche (Une naine blanche est un objet céleste gazeux issu de l'évolution d'une étoile de...). La présence de ce compagnon semble jouer un rôle crucial dans la formation de ces objets.
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