pulsation

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.

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.

Le ciel nocturne semble paisible, mais en réalité, des particules invisibles — les rayons cosmiques — nous traversent en permanence. Parmi elles, on trouve des électrons et leurs antiparticules, les positrons.

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.

Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide qui émettent des impulsions radio, comme un phare. Mais certains d'entre eux restent silencieux presque tout le temps, ne lâchant qu'occasionnellement une impulsion isolée. Ces objets sont appelés transitoires radio rotatifs (RRAT).

Le pulsar PSR J1740+1000 est une étoile de la taille d'une ville qui tourne plus vite qu'un mixeur de cuisine. Après l'explosion d'une supernova, il en reste un noyau dense qui accélère des particules à des vitesses proches de celle de la lumière.

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.

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.

Pendant plus d'un siècle, les astronomes se sont cassé la tête sur le comportement capricieux des étoiles de type RR Lyrae : leur éclat montait et descendait périodiquement avec une amplitude imprévisible, comme un phare au mécanisme détraqué. L'effet Blazhko, découvert en 1907, a taquiné les scientifiques pendant des décennies.

Un manège : une structure légère est plus facile à faire tourner, une massive l'est moins. C'est à peu près ce qui se passe pour les étoiles à neutrons, ces vestiges ultra-denses d'étoiles explosées. Des astronomes ont examiné une cinquantaine de systèmes binaires où une étoile à neutrons orbite autour d'une autre, et ils ont remarqué : plus l'étoile est massive, plus sa période de rotation est longue.

Les soufflets de forge attisent le feu en expulsant brusquement l'air. Dans l'espace, le rôle de ces soufflets est joué par l'onde de choc d'une supernova — concept introduit par Fritz Zwicky : elle rattrape une bulle géante de particules chargées et de champs magnétiques formée autour d'une…

Un radiotélescope n'est pas qu'une antenne : c'est une machine à calculer qui construit une image à partir de millions d'équations. Ce prisme mathématique est fragile comme du verre : un seul chiffre faux dans l'étalonnage, et le ciel réel se dédouble, engendrant des sources fantômes.

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.

Imaginez un danseur à trois visages sur la crête d'une onde lumineuse. Un visage est celui d'un attrapeur, qui absorbe les photons incidents. Le deuxième est un miroir parfait, qui renvoie la lumière. Le troisième est un verre dépoli, qui diffuse les rayons dans toutes les directions. Tant que la vitesse est faible, la danse est harmonieuse.

Au cœur des galaxies, là où des trous noirs supermassifs sommeillent au milieu d'essaims d'étoiles, éclatent parfois des lueurs d'une puissance monstrueuse : les disruptions de marée. Mais certains de ces événements se comportent de manière étrange : ils se répètent sans cesse, et chaque nouvelle flambée est plus faible que la précédente.

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.

Le phare clignote régulièrement une fois par seconde. S'il se déplace en cercle, ses éclats arrivent tantôt un peu plus tôt, tantôt un peu plus tard – et trahissent un compagnon invisible. C'est exactement ainsi que les astronomes ont démasqué le compagnon caché de l'étoile IY Lyrae.

Une fine couche d'huile à la surface de l'eau se fragmente en gouttelettes au moindre choc. Quelque chose de similaire se produit dans le vent des pulsars — le flux de particules éjecté par une étoile à neutrons en rotation rapide. Ce flux contient également des couches de plasma qui peuvent se briser en amas — les îles magnétiques.

Si l'on frappe une cloche, elle émet un son à une hauteur donnée. Si l'on y ajoute un second battant, et qu'ils sonnent sans se toucher, le son devient plus complexe. C'est à peu près ainsi que fonctionne l'étoile à neutrons de cette nouvelle étude.

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.

Lorsqu'un noyau atomique lourd se brise, il ne se sépare pas en deux moitiés régulières. D'abord, deux fragments apparaissent, semblables à des poires pressées l'une contre l'autre par leurs extrémités étroites. Ensuite, le point de jonction commence à s'aplatir — comme si deux gouttes fusionnaient et que la surface s'aplanissait rapidement.

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.

Un phare clignote toutes les quelques secondes, mais soudain, il se met à s'intensifier et à s'éteindre lentement, sur une année. C'est exactement le comportement d'environ un tiers des géantes rouges — ces énormes étoiles en fin de vie.

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.

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.

Un minuteur de cuisine tique une fois par seconde. L'étoile à neutrons SRGA J144459.2-604207, elle, tique 448 fois par seconde : c'est sa propre rotation, et elle se fait entendre dans les sursauts de rayons X. En 2024, l'étoile s'est réveillée et a commencé à émettre des explosions thermonucléaires à sa surface, comme une casserole d'eau bouillante qui déborde.

Un faisceau laser vole généralement tout droit, comme un jet d'eau sortant d'un tuyau. Mais que se passerait-il si l'on tordait ce jet comme le filet d'un tire-bouchon ? On obtiendrait un ressort lumineux — un faisceau qui, en avançant, tourne également autour de son axe.

Un amas de galaxies ressemble à un carrefour animé où des voitures-galaxies foncent à travers un vent contraire de gaz chaud. Ce vent, appelé pression dynamique, arrache aux galaxies leurs réserves de gaz froid — le carburant de la formation d'étoiles. Les astronomes du relevé SAMI ont suivi ce processus sur des centaines de galaxies dans huit amas proches.

Dans un nuage de gaz dense où se forme une étoile plus lourde que le Soleil, il existe une minuscule source d'ondes radio. Elle fonctionne comme un laser : les molécules de méthanol amplifient le rayonnement, et nous voyons un point brillant. Mais ce point se comporte étrangement — sa luminosité monte et descend en quelques heures.

L'étoile à neutrons PSR J1101-6101 file à travers l'espace à une vitesse à couper le souffle. Elle laisse derrière elle un sillage de particules chargées, comme un hors-bord qui fend l'eau à pleine vitesse en traînant un sillage écumeux.

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.

Une jeune étoile ressemble à une toupie à plusieurs étages : ses couches externes tournent plus lentement que ses couches internes. Le champ magnétique y agit comme des fils solides qui relient ces couches entre elles. Lorsque les vitesses diffèrent, les fils commencent à se tordre et à se tendre de plus en plus.

Les astronomes se creusent la tête au sujet des sursauts radio rapides — des signaux ultra-brefs provenant de galaxies lointaines. Certains se répètent, d'autres n'apparaissent qu'une seule fois.

Un magnétar est une étoile à neutrons dont le champ magnétique est un million de milliards de fois plus intense que celui de la Terre. Parfois, il éjecte un amas de plasma, semblable à un ballon de baudruche, à l'intérieur duquel s'agitent des milliers de ressorts invisibles.