impulsion radio

Un récepteur radio accordé sur une station se met soudain à capter une autre, parce qu'une main invisible tourne le bouton de réglage.

Une corde tendue émet un son plus aigu lorsqu'on la tend davantage. C'est à peu près ce que fait l'aimantation dans un antiferromagnétique : plus le champ externe est fort, plus elle oscille rapidement. Mais dans le cristal d'oxyde de chrome, quelque chose ne s'est pas passé comme prévu.

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.

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 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.

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 faisceau laser ressemble à un tourbillon rapide qui capture un instant un électron qui passe. Pendant que la particule traverse l'impulsion, son spin (la rotation propre, comme celle d'une petite toupie) subit une faible poussée.

Le faisceau d'une lampe de poche perce un brouillard. Plus le brouillard est épais, plus la lumière est diffusée et plus elle met de temps à atteindre l'œil. Un principe similaire s'applique aux sursauts radio rapides — ces impulsions mystérieuses et extrêmement puissantes venues de galaxies lointaines.

Un flash photographique qui se déclenche en un millième de seconde ne chauffe pas le sujet – contrairement à un flash ordinaire qui dure une seconde entière.

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.

Les sursauts radio rapides — des impulsions radio millisecondes provenant de galaxies lointaines — sont longtemps restés une énigme.

Il y a un demi-siècle, Fritz Zwicky remarquait que la matière visible dans les amas de galaxies était dramatiquement insuffisante pour expliquer la gravitation.

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

Le mystère des sursauts radio rapides (FRB) n'est pas seulement une question de « qu'est-ce qui a explosé ? ». C'est un drame de transfert d'énergie dans des conditions extrêmes, où le moindre accroc mène à l'effondrement.

L'Univers est un immense orchestre interprétant la partition de l'expansion. Les galaxies s'éloignent au rythme d'une musique inaudible : l'énergie noire.

Un phare envoie son signal à travers une tempête de miroirs — c'est à peu près ce que vivent les sursauts radio rapides lorsqu'ils tentent de quitter les environs d'un magnétar. Un magnétar est une étoile à neutrons dont le champ magnétique est un quadrillion de fois plus intense que celui de la Terre.

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.

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.

Dans l'orchestre des atomes, chaque instrument a sa propre partition. Mais parfois, deux musiciens commencent à jouer à l'unisson — et le son s'amplifie plusieurs fois. Dans le monde quantique, cette « consonance » est appelée résonance de Feshbach.

Le modèle standard est un ensemble de règles décrivant toutes les particules connues. Mais il reste muet sur la matière noire, qui constitue un quart de l'Univers. Pour la trouver, pas besoin de construire des collisionneurs de la taille d'une ville.

Un phare lointain s'embrase un instant, plus brillant qu'une galaxie entière. C'est un sursaut radio rapide — un signal mystérieux venu des profondeurs du cosmos.

Un patineur tourne sur la glace en se rapprochant progressivement du centre. Sa trajectoire n'est pas une spirale parfaite : parfois, il tombe dans le rythme de la musique et effectue un tour supplémentaire, modifiant légèrement sa vitesse. C'est à peu près ce qui se passe pour un petit trou noir lorsqu'il tombe sur un trou noir supermassif.

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.

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.

Un magnétomètre quantique à base de noyaux d'hydrogène fonctionne comme un casque à réduction de bruit active. Il « écoute » le champ de deux manières différentes en alternance : le bruit est identique dans les deux cas, mais le signal utile diffère.

Le noyau atomique n'est pas simplement une boule de protons et de neutrons. À l'intérieur, comme dans un minuscule aimant, il possède sa propre distribution d'aimantation. Jusqu'à présent, il était difficile de l'observer : les noyaux vivent des fractions de seconde à peine, et leur champ magnétique est faible.

Un détecteur de matière noire ressemble à un microphone très sensible qui écoute le silence. Il capte de minuscules secousses thermiques – les phonons – qui se produisent lorsqu'une particule frôle le cristal.

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.

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.

Le phare reste silencieux presque tout le temps, mais parfois il émet un éclair si puissant qu'on le voit à des centaines de milliers de kilomètres. C'est exactement le comportement du magnétar XTE J1810-197 — une étoile hyperdense dotée d'un champ magnétique monstrueux.

Les sursauts radio rapides sont des éclairs radio fugaces venus des confins de l'univers. En une fraction de milliseconde, ils libèrent autant d'énergie que le Soleil en émet en un mois. L'un de ces sursauts, en se répétant, a permis aux scientifiques de plonger au cœur d'une récente explosion stellaire.

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.

Le radiotélescope capte un signal de la nébuleuse du Crabe — et sur l'écran, au lieu d'une ligne régulière, apparaissent des bandes claires et sombres, comme sur la peau d'un zèbre. C'est l'émission du pulsar, une étoile à neutrons en rotation rapide, vestige d'une explosion de supernova.

Un ordinateur quantique ressemble à un orchestre où les électrons et les noyaux jouent d'instruments différents. D'habitude, le chef a besoin de deux baguettes : les micro-ondes pour les électrons et les ondes radio pour les noyaux.

La nuit, quand la plupart des gens dorment, l'immense parabole du radiotélescope de Green Bank, en Virginie-Occidentale, continue d'écouter le ciel. En 24 186 heures — soit près de trois ans d'observation continue — elle a capté 50 pulsars et trois sursauts radio rapides.

Le Soleil émet en permanence un flux de particules chargées, principalement de l'hydrogène — le vent solaire. Parfois, le Soleil éjecte des nuages denses de gaz magnétisé, à l'intérieur desquels règne généralement un calme plat.

Les sursauts gamma courts — des explosions instantanées mais d'une puissance inouïe — naissent de la fusion de étoiles à neutrons (des résidus hyperdenses d'astres morts).

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.