Un récepteur radio accordé sur une station se met soudain à capter une autre, parce qu'une main invisible tourne le bouton de réglage. C'est à peu près ce que fait le spectre radio du pulsar milliseconde PSR J2144−5237 : la fréquence à laquelle son émission s'affaiblit brusquement glisse doucement de 0,8 à 3 gigahertz pendant que l'étoile fait le tour de son compagnon. Cette « cassure » du spectre, semblable à un coude sur un graphique, a été suivie par les astronomes du centre indien NCRA-TIFR non pas de façon ponctuelle, mais en continu sur presque toute l'orbite de dix jours.

Environ cinquante heures d'observations avec le radiotélescope de 64 mètres de Parkes, en Australie, équipé d'un récepteur large bande qui capte simultanément les ondes de 704 à 4032 mégahertz, ont permis de rassembler une mosaïque de dix époques. Chaque époque couvrait une petite portion de l'orbite, et ensemble elles ont formé une image complète. L'impulsion du pulsar se compose de deux éléments qui correspondent aux deux pôles magnétiques de l'étoile à neutrons. Et voici ce qui est surprenant : les deux composantes « respirent » à l'unisson. La fréquence de cassure de la première et de la deuxième composante varie de manière synchrone, avec un coefficient de corrélation de 0,98. Une telle coïncidence exclut les causes internes liées à l'étoile elle-même et désigne un écran externe commun.

Cet écran est probablement un plasma, un nuage de particules chargées qui enveloppe l'étoile compagne. Lorsque le pulsar se déplace sur son orbite, la ligne de visée traverse différentes régions de ce nuage. Dans les zones denses et magnétisées, les ondes radio sont plus fortement absorbées, et la cassure du spectre se déplace vers les hautes fréquences. La modélisation a montré que le mécanisme d'absorption principal est la résonance cyclotronique : les particules du plasma, en tournant autour des lignes de champ magnétique, prélèvent de l'énergie aux ondes d'une certaine fréquence. La simple absorption dans un gaz ionisé, souvent considérée comme la cause principale, ne suffit pas ici.

Auparavant, les astronomes avaient remarqué que les spectres de certains pulsars binaires changent selon la position orbitale, mais ils n'avaient pas réussi à suivre la cassure elle-même en continu : les sources sont trop faibles et les observations large bande manquaient. Désormais, la fréquence de cassure passe d'une caractéristique statique à un outil de diagnostic sensible. Ses variations permettent de déduire la densité électronique et l'intensité du champ magnétique dans le plasma qui entoure le compagnon.

Cette méthode s'applique à tout pulsar binaire présentant une cassure dans son spectre. Elle offre un nouveau moyen d'estimer le champ magnétique du compagnon et la densité électronique dans le vent du pulsar, ce flux de particules chargées que l'étoile éjecte dans l'espace. Et alors, la main invisible qui tourne le bouton de réglage devient visible : on commence à discerner la forme et le mouvement du nuage de plasma à travers lequel le pulsar nous regarde.

À l'avenir, les astronomes prévoient de passer d'une simple description à des modèles physiques de transfert radiatif qui intègrent les mécanismes d'absorption spécifiques. L'analyse conjointe de l'évolution de la fréquence de cassure avec la polarisation et d'autres caractéristiques permettra de reconstruire la géométrie du champ magnétique dans le système. Et l'extension de l'échantillon à d'autres pulsars binaires, notamment avec le futur radiotélescope Square Kilometre Array, montrera à quel point cet effet est universel. Alors, les spectres radio des pulsars ne seront plus de simples graphiques, mais de véritables cartes de nuages de plasma invisibles.