période d'oscillation

C'est comme un record en sprint : pour le battre, il faut un élan parfait. Mais pour les pulsars submillisecondes, l'élan est trop court. Le pulsar le plus rapide connu, PSR J1748-2446ad, effectue 716 tours par seconde, plus vite qu'un blender de cuisine. S'il avait la taille de la Terre, un point à son équateur se déplacerait à environ 0,24 fois la vitesse de la lumière.

Les Céphéides sont des étoiles qui pulsent avec une régularité étonnante : leur éclat varie comme celui d'un phare, et la période d'oscillation est liée à la densité moyenne de l'étoile. Dans les systèmes binaires où la Céphéide est éclipsée par son compagnon, les astronomes peuvent mesurer précisément le rayon et la masse de l'étoile.

Une particule quantique se déplace en cercle, passant par plusieurs stations. À chaque station, quelque chose lui arrive — par exemple, ses propriétés changent légèrement. Après un tour complet, la particule revient, mais son état n'est plus tout à fait celui du départ.

Quelque part dans les profondeurs de la Voie lactée, des impulsions radio éclatent de temps en temps – rares, régulières, comme les battements d'un métronome lointain. Ces transitoires radio à longue période ont été découverts récemment et ont immédiatement laissé les astronomes perplexes.

Le chronomètre le plus précis du monde fonctionne encore en gardant un œil sur un vieux balancier. Les masers à hydrogène — les meilleurs « volants d'inertie » radiofréquence (des dispositifs qui conservent le rythme entre les comparaisons avec l'étalon) — accumulent des erreurs parce que le bruit entre les mesures s'infiltre dans le signal final.

Le tout premier instant de l'existence de l'Univers ressemble à une corde tendue que l'on aurait soudainement frappée. Elle a vibré, et ces oscillations se sont figées sous forme de galaxies et de vides. Mais les physiciens soupçonnent qu'il y a eu d'autres vibrations, rapides et locales, presque comme un roulement de tambour sur fond de mélodie lente.

Les motifs moirés sont familiers à tout le monde. Deux peignes aux dents d'écartement différent, superposés, montrent des zones sombres. Quelque chose de semblable s'est manifesté dans le temps. Des physiciens ont pris un nuage d'atomes de Rydberg – des particules aux orbites électroniques inhabituellement grandes – et l'ont éclairé avec deux lasers.

Dans les premières fractions de seconde après le Big Bang, l'Univers était le théâtre de changements rapides. Une membrane en caoutchouc tendue qui refroidit rapidement se couvre de microfissures. Un processus similaire à l'échelle cosmique aurait pu engendrer des cordes cosmiques : des filaments d'énergie extrêmement fins mais superdenses, s'étendant à travers tout l'Univers.

Sans cesse, le Soleil est frappé par des décharges — la reconnexion magnétique dans le plasma libère de l'énergie, faisant briller la couronne. Après chaque décharge, des ondes magnétohydrodynamiques continuent de parcourir les boucles de plasma — comme le son d'une cloche qui s'éteint.

Deux soleils morts dansent une valse éternelle. Leur orbite est un métronome parfait, qui mesure le temps avec la précision d'une horloge atomique. Mais même les étoiles mortes ont leurs tremblements.

Déjà Jocelyn Bell Burnell, qui avait enregistré pour la première fois la périodicité stricte des signaux radio, avait remarqué que certaines impulsions disparaissaient soudainement. Aujourd'hui, nous savons que cette variabilité n'est pas un caprice, mais la voix d'une électrodynamique extrêmement complexe.

En 2022, les astronomes ont commencé à découvrir d'étranges balises cosmiques — les sursauts radio à longue période. Contrairement aux pulsars rapides découverts par Jocelyn Bell Burnell en 1967, ces objets s'allumaient avec une périodicité de plusieurs dizaines de minutes à plusieurs heures.

Une corde fondamentale, pincée au moment du Big Bang, ne se contente pas de bourdonner sur une seule note : des vagues courent le long d'elle, et de temps en temps, de minuscules boucles se détachent. Ces boucles, comme des diapasons, se mettent à vibrer à leur fréquence propre, produisant un son très aigu.

Une toupie tourne à grande vitesse et, au lieu d'un ronronnement régulier, émet un bourdonnement sourd — parce qu'elle est légèrement cabossée. C'est à peu près ainsi que fonctionnent les étoiles à neutrons : des sphères de la taille d'une ville, compressées à une densité telle qu'une cuillère à café de leur matière pèse autant qu'une montagne.

Lorsque deux trous noirs supermassifs tournent l'un autour de l'autre avant de fusionner, ils secouent l'espace lui-même — comme un bateau à moteur qui laisse des vagues derrière lui sur un lac. Ces vagues sont appelées ondes gravitationnelles. Elles traversent l'Univers et tout ce qui s'y trouve, même la Terre.

Certaines géantes rouges — d'immenses étoiles âgées — changent de luminosité très lentement : un cycle peut durer plus d'un an. Les astronomes n'ont pas compris pourquoi pendant longtemps. Une idée : un compagnon invisible tourne à proximité et masque périodiquement une partie de la lumière.

Le radiopulsar J1574+4703 est une étoile qui se comporte comme un phare capricieux. Au lieu d'émettre en continu, il allume son faisceau radio par brèves impulsions, puis se tait longuement. De tels objets sont appelés « transitoires radio rotatifs » — en abrégé RRAT.

Une toupie qui tourne si vite qu'elle accomplit 220 tours en une seconde : c'est exactement ce qu'a capté le radiotélescope chinois FAST. Il s'agit du pulsar PSR J1810-0623, une étoile à neutrons de la taille d'une ville, mais plus massive que le Soleil. Toutes les 4,55 millisecondes, son faisceau radio balaie la Terre, tel un phare dans l'océan cosmique.

Des flashs rythmés d'un phare dans un épais brouillard — voilà à quoi ressemble la recherche de pulsars. Le phare tourne, et son faisceau atteint périodiquement le télescope. Mais le brouillard diffuse la lumière, et la période semble légèrement différente.

Une étoile à neutrons de la taille d'une ville effectue trente rotations par seconde. Son champ magnétique est des milliers de milliards de fois plus intense que celui de la Terre.

Dans une boule dense de centaines de milliers d'étoiles, que l'on appelle un amas globulaire, les radiotélescopes ont capté un rythme faible mais très net. Toutes les 2,45 millisecondes — soit 408 battements par seconde — une impulsion radio arrive de là-bas.

Au centre de notre Galaxie se cache un trou noir supermassif, Sagittarius A* — un poids lourd qui maintient les étoiles en orbite autour de lui. Les astronomes rêvent d'y trouver des pulsars : ces balises cosmiques émettent des impulsions radio avec la précision d'horloges atomiques.

Dans les interstices entre les cellules du cerveau circule un liquide. Il ne reste pas en place : chaque battement du cœur le pousse en avant, et la respiration ajoute ses propres vagues. On l'a vu sur des images il y a dix ans, mais ce n'est que maintenant qu'on a calculé comment cette pulsation accélère les molécules.

L'étoile à neutrons 1E 161348-5055, dans le rémanent de supernova RCW 103, pulse avec une période de 6,67 heures. C'est très lent pour un objet aussi compact, et les astronomes ont longtemps peiné à comprendre ce qui se passe.

Le pulsar de la nébuleuse du Crabe clignote comme un phare : toutes les 33 millisecondes, il émet une impulsion radio, et ce, avec la précision d'une horloge atomique.