phénomènes des pulsars

L'orchestre joue, même si personne ne voit le chef. Les musiciens sont les particules chargées dans la magnétosphère du pulsar, et la partition est constituée des champs électriques et magnétiques engendrés par la rotation de l'étoile hyperdense.

Une balise au bord de la galaxie clignote sans horaire : tantôt elle se tait pendant des années, tantôt elle émet des centaines d'éruptions en une seule journée. Une telle balise exige un veilleur qui ne dort jamais et ne se laisse pas distraire.

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.

La nuit, sur le rivage, se dresse un phare. Sa lampe est éteinte presque tout le temps, mais une fois tous les quelques jours, pendant une fraction de seconde, il émet un éclat si puissant que sa lumière est visible au-delà de l'horizon.

Le sculpteur façonne des montagnes avec des champs magnétiques et de la chaleur, mais la pierre résiste. Une étoile à neutrons — résidu superdense d'une explosion de supernova — dans un système binaire aspire de la matière de l'étoile voisine.

Une avalanche dans un tas de sable commence par un seul grain. Personne ne sait exactement où il se détachera ni quelle sera l'ampleur de l'écroulement. Mais si l'on verse du sable pendant longtemps, le tas atteint de lui-même un état où les avalanches de toutes tailles – des petites coulées aux effondrements géants – suivent la même loi.

Un phare ne brille pas de manière continue, mais par de brefs éclats lumineux. L'étoile à neutrons du système 4U 1323-62 est un tel phare dans le domaine des rayons X. Elle attire le gaz de son étoile compagne, et lorsque suffisamment de matière s'accumule à sa surface, une explosion thermonucléaire se produit — un sursaut de rayons X.

Après l'explosion d'une supernova, il reste au centre une boule dense de la taille d'une ville : une étoile à neutrons naissante. Elle est chaude, comprimée, et vibre comme une cloche après un coup.

Dans un système stellaire binaire, une étoile arrache de la matière à sa compagne. Pendant des siècles, celle-ci s'accumule à la surface de l'étoile à neutrons — le résidu ultra-dense d'une étoile morte. Ce processus, appelé accrétion, se déroule généralement de manière régulière.

La couronne solaire vit sa propre vie trépidante. Les champs magnétiques y obéissent aux mouvements de la surface dense (la photosphère) du Soleil, mais parfois ils redessinent eux-mêmes le motif magnétique.

La galaxie n'est pas un lac lisse, mais un étang parcouru d'ondulations. Ces ondulations sont créées par la matière noire ultra-légère (des particules des milliards de milliards de fois plus légères que l'électron).

89 millisecondes. C'est la durée d'une avalanche de vortex qui accélère brusquement la rotation du pulsar Vela — l'un des pulsars les plus célèbres pour ses glitches. Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide, nées de l'effondrement de supernovae.

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.

Nuit à La Palma. Le télescope William Herschel de 4,2 mètres est pointé sur Vénus. Au foyer, le polarimètre expérimental ExPo, conçu pour capturer la lumière fantôme des exoplanètes.

Une cascade qui ne se réchauffe pas en tombant mais qui gèle : c'est à peu près ce que fait le gaz qui s'écoule sur une étoile à neutrons dans un pulsar à rayons X lorsque l'étoile brille faiblement. D'habitude, la matière qui tombe s'échauffe jusqu'à devenir incandescente, mais une nouvelle étude montre l'inverse.

Le sursaut dure un millième de seconde, mais en cet instant, il libère autant d'énergie que le Soleil en émet en une journée. Ces signaux, appelés sursauts radio rapides, sont captés par les télescopes depuis 2007, et leur origine reste une énigme.

Deux sphères hyperdenses, chacune de la taille d'une ville, tournent en une danse. Leur masse est inférieure à celle du Soleil, mais à l'intérieur, la matière est comprimée à des limites inimaginables. L'une est une étoile à neutrons, l'autre une étoile étrange, entièrement composée de quarks (les particules élémentaires qui constituent les protons et les neutrons).

Les étoiles à neutrons, nées dans le feu des supernovas, ne cessent de surprendre, près d'un siècle après leur prédiction.

Quelque part au fin fond du cosmos, un phare radio s'allume pendant une fraction de seconde, puis s'éteint. Ces signaux sont appelés sursauts radio rapides. Ils proviennent d'autres galaxies et durent de la microseconde à la milliseconde.

Les blazars sont de longs faisceaux émis par les trous noirs au centre des galaxies. Les sursauts gamma sont de très brèves éruptions lors de l'explosion d'une supernova ou de la fusion d'étoiles à neutrons.

Le Soleil n'est pas seulement une source de lumière, c'est un laboratoire géant où naissent des particules fantômes. Chaque seconde, des milliards de neutrinos traversent votre corps sans presque le remarquer. Mais à l'intérieur du Soleil, ces particules se comportent différemment : elles changent de type en plein vol, comme un acteur qui joue trois rôles dans la même pièce.

Si un trou noir tourne rapidement, il peut retenir autour de lui un nuage de particules ultra-légères, si légères que leur masse s'évanouit presque. Ensemble, elles s'organisent en couches, comme les électrons dans un atome, mais ici c'est la gravité qui joue le rôle des forces électriques. Cette structure emmagasine de l'énergie, telle un ressort bandé.

Les ondes gravitationnelles — ce frémissement du cosmos provoqué par de lointains cataclysmes — sont si faibles que les capter revient à entendre un murmure dans un ouragan. Mais un trou noir peut les amplifier considérablement.

Lorsque deux étoiles à neutrons — comprimées à la taille d'une ville — se rapprochent dans une danse finale, l'espace-temps autour d'elles s'anime, émettant des ondes gravitationnelles.

Depuis leur découverte en 2007, les sursauts radio rapides (FRB) intriguent les astrophysiciens par leur nature insaisissable. Ces signaux de l'ordre de la milliseconde proviennent de galaxies lointaines et transportent une énergie colossale : en un instant, ils émettent autant que le Soleil en un mois.

Les étoiles à neutrons sont des sphères ultra-denses formées des restes d'étoiles explosées. Certaines d'entre elles sont observées comme des pulsars — des phares cosmiques émettant des sursauts radio. Ce qui se trouve à l'intérieur est longtemps resté une énigme.

Une étoile à neutrons est l'ancien noyau d'une étoile massive, compressé jusqu'à la taille d'une ville. En son cœur, la matière est si dense que les atomes n'existent plus, et que protons et neutrons se dissolvent dans une mer de quarks.

La croûte d'une étoile à neutrons n'est pas une simple enveloppe solide. Sous un poids de milliards de tonnes par centimètre carré, les atomes perdent leurs électrons, et les noyaux restants s'organisent en un réseau cristallin rigide, semblable à un nid d'abeilles, mais fait d'une matière un trillion de fois plus dense que l'acier.

Au fin fond de l'espace, une étoile à neutrons en rotation rapide, un pulsar surnommé Phare, file à travers un gaz ténu. Telle une vedette fendant l'eau, il laisse derrière lui une traînée lumineuse de particules chargées. Cette traînée est visible en rayons X comme une queue brillante et un mince filament s'étendant sur plusieurs années-lumière.

Une tache solaire — île sombre sur la surface incandescente — respire. Toutes les trois minutes, une onde s'en échappe, court le long d'une arche magnétique invisible et fait briller le plasma au-dessus de la tache voisine en un signal radio. Sept de ces éruptions consécutives ont été captées par les radiotélescopes le 14 février 2024.

Le ciel nocturne semble paisible, mais si l'on tend l'oreille dans le domaine radio, il est plein de cliquetis et de froissements brefs. Les astronomes sondent le ciel à la recherche d'impulsions radio isolées — des sursauts durant quelques millisecondes, provenant de différents coins de la Galaxie et au-delà.

L'eau bout dans la bouilloire — et des ondes de vapeur se propagent dans la cuisine. Dans l'espace, un processus similaire se produit dans le plasma — un gaz si chauffé que les électrons se détachent des atomes. Autour des trous noirs et des étoiles à neutrons, ce plasma n'est pas seulement chaud : ses particules filent à une vitesse proche de celle de la lumière.

En 2017, le détecteur IceCube a capté un neutrino provenant de la galaxie lointaine TXS 0506+056. C'est comme entendre une sonnerie de l'autre côté de l'océan : le signal vient de là où naissent les particules les plus énergétiques de l'Univers.

Le ciel nocturne est plein de phares qui clignotent avec régularité. Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide, et leurs impulsions radio arrivent avec la précision d'un mouvement d'horlogerie.

Une étoile à neutrons de la taille d'une ville est le noyau comprimé d'un astre défunt. Certaines deviennent des pulsars — des phares cosmiques aux éclats périodiques. Leur champ magnétique est des milliards de fois plus intense que celui de la Terre ; aux pôles, il jaillit en un geyser tumultueux.

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.

Au-dessus des pôles de Jupiter, les aurores polaires font rage — là, les électrons sont accélérés par les champs électriques et percutent les couches supérieures de l'atmosphère, faisant briller le gaz. Mais tous les électrons ne foncent pas vers le bas.

Une étoile à neutrons, c'est une ville de la taille d'une mégapole compressée en un petit astéroïde. Autour d'elle bouillonne un plasma — un gaz de particules chargées — à travers lequel courent des ondes, comme des rides à la surface d'un étang.

Dans un solide, les atomes vibrent et transmettent le son. Parfois, cette onde ne se propage pas en ligne droite mais s'enroule en spirale, comme un tire-bouchon qui s'enfonce dans un bouchon. Dans les cristaux ordinaires, ces « tourbillons sonores » sont connus, mais dans les matériaux magnétiques, on ne les avait jamais vus.