Introduction
Les pulsars comptent parmi les objets les plus fascinants et extrêmes de l'univers. Découverts par hasard en 1967, ces « phares cosmiques » ont révolutionné notre compréhension de la physique stellaire, de la gravité et de la matière dans des états impossibles à reproduire sur Terre. Ils représentent le stade final de l'évolution d'étoiles massives, transformées en sphères hyperdenses de matière exotique tournant à des vitesses vertigineuses.
Description
Un pulsar est un type spécifique d'étoile à neutrons, le cœur effondré d'une étoile massive (généralement entre 8 et 30 masses solaires) ayant explosé en supernova. Ce résidu, d'environ 20 km de diamètre seulement, concentre plus de masse que le Soleil dans une sphère de la taille d'une ville, rendant sa densité inimaginable (une cuillère à café pèserait des milliards de tonnes). L'étoile à neutrons possède un champ magnétique colossal, des milliards de fois plus puissant que celui de la Terre, et tourne sur elle-même à une vitesse prodigieuse, allant de quelques secondes à plusieurs centaines de tours par seconde pour les pulsars millisecondes. Le phénomène de « pulsar » proprement dit naît de la combinaison de cette rotation rapide et du puissant champ magnétique. Ce dernier canalise et accélère des particules chargées aux pôles magnétiques, produisant des faisceaux étroits et intenses de rayonnement (radio, rayons X, rayons gamma, ou lumière visible). Si l'axe magnétique n'est pas aligné avec l'axe de rotation, ces faisceaux balayent l'espace. Lorsqu'ils croisent par hasard la ligne de visée de la Terre, nous détectons une impulsion régulière, d'une précision rivalisant avec les meilleures horloges atomiques.
Histoire
L'histoire des pulsars débute en juillet 1967 à l'observatoire radio de Cambridge, où l'étudiante Jocelyn Bell Burnell, sous la direction d'Antony Hewish, détecta un signal radio périodique extrêmement régulier, émis toutes les 1,337 secondes. La régularité était si parfaite que l'équipe envisagea brièvement une origine artificielle, surnommant la source « LGM-1 » pour « Little Green Men ». D'autres découvertes similaires confirmèrent rapidement qu'il s'agissait d'un phénomène astrophysique naturel. Antony Hewish reçut le prix Nobel de physique en 1974 pour cette découverte, une attribution controversée car Jocelyn Bell Burnell n'y fut pas associée. Par la suite, la théorie reliant les pulsars aux étoiles à neutrons en rotation, prédite par Thomas Gold, fut confirmée. En 1974, Russell Hulse et Joseph Taylor découvrirent le premier pulsar binaire, PSR B1913+16, fournissant une preuve indirecte de l'existence des ondes gravitationnelles prédites par Einstein et valant aux découvreurs le Nobel de 1993.
Caracteristiques
Les caractéristiques principales des pulsars sont leur période de rotation (P) et sa dérivée (dP/dt), qui renseignent sur leur âge, leur champ magnétique et leur perte d'énergie. Les pulsars « jeunes » (comme celui du Crabe, PSR B0531+21) ont des périodes courtes (de l'ordre de la seconde ou moins) et ralentissent rapidement. Les pulsars millisecondes (comme PSR B1937+21) tournent en quelques millisecondes et sont extrêmement stables ; ils sont « recyclés » par l'accrétion de matière d'une étoile compagne, qui les fait accélérer. Leur stabilité permet de les utiliser comme horloges cosmiques. Leur rayonnement peut couvrir tout le spectre électromagnétique. Leur structure interne reste un mystère, mais on pense qu'elle est composée d'une croûte solide de noyaux atomiques dégénérés, d'un fluide de neutrons superfluides en son cœur, et peut-être d'un cœur de matière quark-gluon ou d'autres états exotiques.
Importance
L'importance des pulsars est immense en astrophysique et en physique fondamentale. Ils servent de laboratoires naturels pour tester la théorie de la relativité générale d'Einstein dans des champs gravitationnels intenses, notamment via l'étude des systèmes binaires. Leur stabilité permet des applications en navigation spatiale (le concept de « GPS galactique ») et la recherche d'ondes gravitationnelles de basse fréquence via les réseaux de pulsars à synchronisation précise (Pulsar Timing Arrays). Ils sont aussi des traceurs de l'évolution stellaire violente, des champs magnétiques galactiques et de la distribution du plasma dans la Voie lactée. La découverte des magnétars, une classe de pulsars aux champs magnétiques encore plus extrêmes, et des sursauts radio rapides (FRB) liés à certains pulsars, continue d'élargir les frontières de notre connaissance de l'univers extrême.
