rotation stellaire

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.

Deux danseurs sur une même scène : l'un tire son partenaire d'un côté, l'autre dans la direction opposée. Dans le cristal Cu2(OH)3Br, connu sous le nom de botallackite, les atomes de cuivre s'alignent en chaînes où les spins (moments magnétiques) des ions voisins s'orientent soit parallèlement, comme dans un ferromagnétique, soit antiparallèlement, comme dans un…

Un million d'orbites, c'est la même partition. Neuf halos de matière noire, neuf orchestres sans chef. Tous les musiciens jouent les mêmes notes, mais dans chaque salle, la musique sonne différemment : parfois harmonieuse, parfois désynchronisée.

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 étoiles ressemblent à des toupies : elles naissent rapides et ralentissent avec le temps. Ce processus est comme un sablier : plus une étoile tourne lentement, plus elle est vieille. Les astronomes utilisent cette régularité pour déterminer l'âge des étoiles, mais pour cela, ils ont besoin de groupes de référence d'étoiles dont l'âge est connu.

Un réacteur de fusion de type stellarator ressemble à un cocon magnétique savamment torsadé. Sa mission est de confiner un plasma surchauffé pour que les noyaux d'hydrogène fusionnent et produisent de l'énergie. Mais la forme tridimensionnelle du cocon crée des fuites : certaines particules s'échappent, surtout les plus rapides, celles qui transportent la chaleur principale.

Un amas globulaire — un essaim dense de centaines de milliers d'étoiles — traverse une galaxie comme une balle dans l'eau. Dans la matière noire ordinaire (cette masse invisible qui maintient les galaxies), il devrait perdre rapidement de la vitesse à cause du frottement dynamique.

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.

Au cœur de la Voie lactée, des étoiles tournent autour d'un trou noir supermassif invisible. L'une d'elles, S301, fait le tour complet en seulement 8,7 ans. Sa trajectoire ressemble à une ellipse très aplatie : tantôt elle frôle le trou noir, tantôt elle s'en éloigne. Au moment de la plus grande approche, la distance qui l'en sépare devient minuscule à l'échelle cosmique.

Deux cent quatre-vingt-neuf jours — c'est la durée d'une rotation de la naine blanche WD 1532+129. Ce n'est pas qu'un simple record : à sa surface, près des pôles magnétiques, apparaissent des cicatrices de fer et d'autres métaux — des témoins silencieux des planètes qu'elle a englouties.

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.

Un phare en pleine mer ne tourne pas seulement : sa lampe elle-même tantôt faiblit, tantôt s'intensifie. C'est à peu près le comportement des naines blanches magnétiques, ces vestiges ultra-denses d'étoiles semblables à notre Soleil.

Un escalier en colimaçon sur lequel roulent des billes. Les unes tournent à droite, les autres à gauche. Les marches sont disposées de telle sorte que les billes qui tournent à droite passent plus vite, tandis que celles qui tournent à gauche restent coincées. C'est à peu près ce qui se passe à l'intérieur des molécules hélicoïdales — par exemple, dans la double hélice de l'ADN.

Au centre de nombreuses galaxies tournent des toupies cosmiques d'une puissance incroyable — les trous noirs supermassifs.

Pendant des décennies, les astrophysiciens ont construit un tableau cohérent : la galaxie, telle un manège géant, tourne en un rythme unique, et le trou noir supermassif en son centre hérite de cette danse.

Au cœur d'un amas stellaire dense règne une véritable forge : ici, les étoiles, telles des pièces incandescentes, se heurtent et fusionnent sous l'effet de la gravité, et ces fusions ne sont pas une catastrophe mais une opportunité. Chaque coup de marteau stellaire transmet une rotation au futur trou noir.

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.

Le moteur de distorsion repose sur l'idée d'Einstein selon laquelle les corps massifs courbent le courbure de l'espace-temps — cette scène même où se déroulent tous les événements cosmiques. Imaginez une bulle d'espace-temps courbé.

Un trou noir n'est pas simplement une tache sombre dans le ciel. Son ombre se projette sur le fond lumineux de la matière qui tombe et porte l'empreinte de la géométrie même de l'espace. Si la gravité est organisée ne serait-ce qu'un peu différemment de ce que nous avons l'habitude de penser, l'ombre le révélera.

Lorsque deux étoiles superlourdes tournent l'une autour de l'autre dans une danse serrée, l'espace autour d'elles tremble. Ce tremblement — les ondes gravitationnelles — est capté par de gigantesques détecteurs sur Terre.

Une étoile à neutrons, c'est le vestige d'un géant explosé, compressé jusqu'à la taille d'une ville. Une cuillère à café de sa matière pèse un milliard de tonnes. À l'intérieur, les particules sont si densément tassées que les effets quantiques commencent à se manifester. L'un d'eux est la rotation propre des particules, ou spin.

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.

À l'intérieur d'une étoile à neutrons, la matière est si fortement comprimée que les noyaux atomiques s'agglutinent en longs filaments et en feuilles plates. Les astrophysiciens appellent ces structures des pâtes nucléaires. À leur surface, la densité de la matière chute presque à zéro — comme si vous surgissiez d'une gelée épaisse dans un air raréfié.

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.

Deux flux rapides de particules chargées entrent en collision — et les lignes de champ magnétique commencent à se rompre et à se reconnecter. Ce processus alimente les éruptions solaires et les aurores boréales.

Une toupie qui tourne tout en oscillant légèrement : c'est à peu près ainsi que les astronomes imaginent l'étoile à neutrons du système binaire Hercule X-1. Elle effectue une rotation complète sur elle-même en une seconde, mais son axe décrit lentement un cône avec une période de 35 jours.

Le manège fait tourner tous les chevaux dans le même sens, mais l'un d'eux s'obstine à galoper à contre-courant. C'est exactement ce que fait la planète TOI-1710 b autour de son étoile. À l'aide des instruments HARPS-N et GIANO-B, les astronomes ont mesuré son inclinaison : 149 degrés.

L'étoile à neutrons est une toupie de la masse du Soleil, compressée à la taille d'une ville. Elle naît dans le feu d'une supernova et, en temps normal, ne fait que ralentir sa rotation. Mais parfois, sans raison apparente, elle accélère soudainement – un à-coup que l'on appelle un glitch.

Les étoiles aux confins des galaxies tournent étonnamment vite. Selon Newton, plus on s'éloigne du centre, plus le mouvement devrait être lent — comme dans une ronde où les danseurs extérieurs avancent plus doucement.

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.

Dans les nuages de gaz froid où naissent les étoiles géantes, tout est en effervescence. Le gaz se comprime, tourbillonne, se fragmente en amas – les futures étoiles. On a longtemps pensé que le champ magnétique y mettait de l'ordre : comme des fils invisibles, il étirait les amas perpendiculairement à lui-même.

L'étoile 31 Aquilae est une étoile âgée qui a gonflé et est devenue une sous-géante. Autrefois semblable au Soleil, elle a depuis refroidi et augmenté de taille. Elle tourne très lentement : un tour complet prend plusieurs jours.

Une pièce qui tourne sur une table est un spectacle familier. D'abord, elle tourne rapidement, puis elle penche, et son cliquetis devient de plus en plus rapide. Dans les dernières secondes, elle semble suspendue : la rotation ralentit, mais la pièce ne veut pas se coucher complètement. Ce moment final est une véritable énigme pour les physiciens.

L'étoile GJ 504, jumelle de notre Soleil en âge, se comporte comme une patineuse artistique accomplie : elle fait un tour sur elle-même en 3,4 jours, en brillant en rayons X. D'habitude, les étoiles du même âge que le Soleil tournent paresseusement, mais celle-ci semble avoir reçu un dopage cosmique. Le secret a été révélé par la modélisation.

En 2019, les détecteurs d'ondes gravitationnelles ont capté un signal provenant de la fusion d'objets lointains. L'un d'eux était un trou noir de 23 masses solaires. Le second ne pesait que 2,5 masses solaires — et c'est étrange.

La jeune étoile RY Tau ressemble à une toupie capricieuse. Autour d'elle tourne un disque plat de gaz et de poussière — les restes du nuage dont l'étoile est née. Une partie de la matière du disque est attirée par l'étoile, comme par un aspirateur, tandis qu'une autre partie est rejetée en un étroit cône de vent, tel un jet d'eau.

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.

Le Soleil ne tourne pas comme un corps rigide : son équateur effectue une rotation plus rapide que ses pôles. Cette différence de vitesse de rotation crée des couches qui se déplacent à des vitesses différentes, comme des courants océaniques à différentes profondeurs.

Les sursauts gamma courts sont des explosions colossales qui, en une fraction de seconde, libèrent une énergie comparable à celle que notre Soleil émettra sur des milliards d'années.