pulsar radio

Au cours des premiers centaines de millions d'années après le Big Bang, l'Univers était un océan sombre dans lequel s'allumaient les premières étoiles et les premiers trous noirs. Certains de ces trous noirs éjectaient d'étroits jets de plasma filant à une vitesse proche de celle de la lumière.

Le pulsar PSR J0614-3329 effectue 318 tours par seconde. Un point à son équateur se déplace à environ 10 % de la vitesse de la lumière. Vu de l'extérieur, l'étoile ressemble à un phare qui tourne si vite que son faisceau se fond en un anneau continu.

Les ondes radio d'un pulsar lointain traversent le milieu interstellaire et rencontrent sur leur chemin des structures magnétiques invisibles de la taille de la distance entre le Soleil et la Terre.

Le ciel nocturne est plein d'anneaux et de bulles, mais en radio, ils se présentent autrement. Dans les données du radiotélescope australien ASKAP, une structure est apparue, semblable à deux bulles de savon soufflées avec la même paille.

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.

Un phare s'allume une fraction de seconde puis s'éteint. De telles éruptions dans le domaine radio sont captées par le télescope MeerKAT en Afrique du Sud. Au cours de ses observations, il a détecté 27 nouvelles sources que personne n'avait vues auparavant. Les étoiles à neutrons sont les restes d'étoiles explosées, comprimés à la taille d'une ville.

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).

Un phare qui ne clignote pas à chaque seconde, mais toutes les quelques minutes, voire quelques heures. C'est exactement le comportement des transitoires radio à longue période, des sources cosmiques découvertes très récemment.

À la fin de la vie d'une étoile massive, son cœur s'effondre en une fraction de seconde, donnant naissance à l'éclair d'une supernova. Ce cataclysme secoue l'espace-temps lui-même : il émet des ondes gravitationnelles, une ondulation qui traverse l'Univers.

Trois millisecondes avant la fusion. Un immense trou noir en rotation frénétique attire une étoile à neutrons — une boule de la taille d'une ville mais d'une masse équivalente à une fois et demie celle du Soleil. Les forces de marée étirent l'étoile en un filament aussi fin qu'une aiguille et dispersent la matière.

En juin 2024, le radiotélescope CHIME a détecté depuis la source FRB 20240114A plus de 700 sursauts radio par heure. Un tel répéteur hyperactif libère en une heure presque toute l'énergie magnétique d'un magnétar ordinaire (une étoile à neutrons au champ extrêmement puissant).

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.

Dans l'océan silencieux de la Galaxie, les civilisations matures ont probablement adopté depuis longtemps une stratégie inattendue : au lieu de balises tonitruantes, elles dispersent de discrètes lucioles — des balises laser interstellaires autonomes, dérivant dans le vide et émettant des flashs de microsecondes.

Dans un monde emprisonné dans un réseau cristallin et refroidi presque au zéro absolu, la matière sait dissimuler ses plus grands secrets.

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).

En 1967, les astronomes ont capté le premier signal radio d'un phare cosmique lointain : un pulsar. Depuis, des milliers de ces vestiges stellaires ont été découverts, balayant l'espace de leurs faisceaux tels des tirs de revolver.

3I/ATLAS a fait irruption dans le système solaire comme un invité surprise, un cadeau du destin pour les chasseurs d'intelligence extraterrestre. Ce vagabond comète venu des profondeurs de la Galaxie est passé assez près pour être écouté dans les moindres détails, contrairement aux lointaines exoplanètes.

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

Une paire d'étoiles à neutrons, enlacées par un verrou gravitationnel, trace des cercles invisibles dans le vide. Il y a cent ans, Albert Einstein décrivit cette danse comme des vagues de géométrie courbée, mais pendant longtemps, nous ne pouvions l'observer que du coin de l'œil — à travers le scintillement fiévreux des…

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.

Un patineur sur glace ramène ses bras contre son corps et sa rotation s'accélère brusquement. Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant et que son noyau s'effondre, un phénomène analogue se produit, mais à l'échelle cosmique.

Une étoile à neutrons est une sphère de la taille d'une ville, mais avec une masse comparable à celle du Soleil. Son champ magnétique peut déchirer les atomes à des milliers de kilomètres de distance.

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.

La première exoplanète a été découverte autour d'un phare cosmique pas comme les autres : une étoile à neutrons, plus connue sous le nom de pulsar. Ces résidus ultradenses d'étoiles mortes tournent sur eux-mêmes à une vitesse vertigineuse et émettent des impulsions radio très régulières.

Deux étoiles à neutrons se rapprochent en spirale, prêtes à fusionner en un instant. Leur danse ne dure que quelques fractions de seconde, mais juste avant le final, l'une des étoiles percute l'enveloppe magnétique de l'autre — tel un nageur qui fend l'eau en soulevant des vagues. À cet instant naît un système complexe de courants qui emportent l'énergie au loin.

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.

Les étoiles Be sont des astres en rotation rapide, dotés d'un disque de gaz brillant. En général, c'est une étoile compagne qui les fait tourner : en transférant de la matière, elle enroule l'étoile comme une balle dans un canon rayé. Mais il existe aussi des étoiles Be solitaires, sans compagnon — leur origine est longtemps restée une énigme.

Deux étoiles à neutrons sont des résidus ultra-denses d'astres morts, chacune de la taille d'une ville mais plus lourde que le Soleil. Dès 1934, leur existence fut prédite par Fritz Zwicky. Une cuillère à café de cette matière pèse des milliards de tonnes.

Une étoile pesant cent mille soleils vit de manière brillante mais brève. Sa fin est une contraction rapide en trou noir. Mais juste avant la fin, elle parvient à s'envelopper d'un cocon gazeux dense.

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 radiotélescope ASKAP, en Australie, a décelé dans le ciel de l'hémisphère sud un anneau lumineux très ténu — comme une bulle de savon de la taille de plusieurs Lunes. À l'intérieur de l'anneau, exactement au centre, scintille un petit point. En général, une telle image signifie une seule chose : une étoile a explosé ici, laissant une coquille en expansion et, au milieu, un noyau effondré.

Au cœur de l'amas de galaxies d'Ophiuchus flotte une bulle de plasma chaud de la taille de plusieurs galaxies. Elle s'élève comme un ballon géant dans l'atmosphère, laissant derrière elle un sillage, une région où le gaz est mis en mouvement.

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.

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.

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.

L'Univers n'a pas commencé dans le silence, mais avec un fracas grandiose — les ondes gravitationnelles primordiales, ondulations de la trame même de l'espace-temps, portent encore l'écho de cet événement. Les astrophysiciens tentent de capter cet écho par deux méthodes complémentaires.

Au-dessus de la surface du Soleil flottent de longs rubans de gaz lumineux : les streamers. On dirait de gigantesques harpes tendues dans la couronne. Lorsqu'une vague parcourt un tel ruban, il tremble et se courbe, comme une corde après un pincement.