La toupie cosmique qui freine trop vite express
Une toupie qui fait cent tours par seconde se met soudain à perdre de la vitesse — bien plus vite que toutes les toupies connues. C'est exactement ce que fait le pulsar J0435+3233. C'est une étoile morte, comprimée à la taille d'une ville, mais tournant à une vitesse folle. Sa période est inférieure à 10 millisecondes, et elle a établi un record : jamais on n'avait vu un pulsar aussi rapide ralentir autant (son freinage dépasse $10^{-12}$ Hz/s).
Un tel freinage évoque le crissement des freins d'une voiture lancée à pleine vitesse. Mais au lieu d'un son, c'est une ondulation de l'espace-temps qui peut se produire — les ondes gravitationnelles. Les scientifiques de la collaboration LIGO ont analysé les données d'observation et tenté de capter ce « murmure » de J0435+3233. Ils ont cherché un signal à une fréquence exactement double de la fréquence de rotation du pulsar, ainsi que dans une bande étroite autour de celle-ci, et à des fréquences correspondant à des oscillations particulières de la matière stellaire — les modes r.
Les détecteurs n'ont rien enregistré. Mais le silence est aussi un résultat. Il a permis d'établir la limite supérieure de l'amplitude de l'onde gravitationnelle : $h_0 = 5,8 \times 10^{-27}$. C'est dix fois plus strict que la limite que l'on pourrait déduire du simple fait du ralentissement. Autrement dit, si le pulsar ne ralentissait que par émission d'ondes gravitationnelles, son « aplatissement » (l'écart par rapport à une sphère parfaite) ne dépasserait pas $1,6 \times 10^{-8}$. Cela se situe dans une plage de valeurs très intéressantes du point de vue physique — comme si, sur une boule de billard parfaitement lisse de la taille de la Terre, il n'y avait pas de bosse plus haute que quelques centimètres.
Ainsi, la toupie ne se contente pas de ralentir — elle le fait de manière mystérieuse. Nous n'avons pas entendu son crissement gravitationnel, mais nous avons pu plonger au cœur de la physique des objets superlourds. Et qui sait, peut-être qu'à la prochaine occasion, lorsque LIGO sera encore plus sensible, nous capterons enfin ce rythme cosmique.
Si le pulsar J0435+3233 était une sphère parfaitement lisse, sa rotation ne créerait pas d'ondes gravitationnelles. Il faut au moins une minuscule « bosse » à la surface — un écart par rapport à la sphère. La limite supérieure d'une telle « bosse » pour ce pulsar est inférieure à l'épaisseur d'un cheveu humain sur un objet de la taille de Manhattan.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, le signal d'une civilisation extraterrestre était caché dans les pulsations d'une étoile à neutrons — peut-être qu'un jour nous trouverons dans ces données quelque chose de plus qu'une simple onde gravitationnelle.