Pulsars | Dr. Goulu

La grande unification des étoiles à neutrons

Sun, 16 May 2010 00:00:00 +0000

En 1930, Subrahmanyan Chandrasekhar dit “Chandra” montra qu’une “naine blanche” s’effondre en formant un corps extrêmement dense. En 1932 James Chadwick découvrit le neutron et Lev Landau pensa immédiatement que lors de l’effondrement, les protons et électrons formant la matière de l’étoile pourraient se retrouver si comprimés que leurs charges s’annuleraient, donnant naissance à une . Les étoiles à neutrons sont des objets défiant l’imagination. Lourds comme une étoile mais petits comme un astéroïde, la gravité y est environ 100 milliards de fois plus élevée que sur Terre : un objet lâché à un mètre au dessus de la surface s’y fracasse 1 millionième de seconde plus tard à la vitesse de 7 millions de km/h. Il n’y a pas de montagnes sur les étoiles à neutrons. Ce sont les objets les plus lisses qu’on puisse imaginer, l’empilement le plus compact possible des plus petites particules “solides” existantes. En 1934, Baade et (un suisse) montrent que l’effondrement provoque une bien plus violente que les connues alors.

Pulsar PSR B0531+21 de la Nébuleuse du Crabe par Chandra. Crédit : NASA/CXC/SAO/F.Seward et al (cliquez pour plus d’infos)

Quelques années extrêmement prolifiques, et puis presque plus rien pendant des decennies. En astrophysique comme dans les autres sciences, les progrès ne sont pas constants ni même continus, et le hasard joue un rôle important. En 1967, Jocelyn Bell, alors étudiante en thèse sur un sujet bien différent, détecte un signal radio provenant de l’espace avec une régularité de métronome, toutes les 1,337301192269 secondes. Anthony Hewish, son prof, croit d’abord à un problème d’instrument, puis suspecte un signal des petits hommes verts, avant de publier la découverte

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. Comme il ne parvient pas à identifier la source du rayonnement, il émet timidement l’éventualité d’un lien avec une “pulsation d’étoile à neutrons”. Curieusement, il semblerait qu’on n’ait pensé qu’alors qu’une énorme étoile tournant très lentement se met à pirouetter au moins aussi vite qu’une patineuse aux Jeux Olympiques lorsqu’elle devient une étoile à neutrons de 10 ou 20 km de diamètre seulement, et que son champ magnétique provoquerait une émission de rayonnement dirigée, un peu comme un phare. Ca méritait un nouveau nom : . Il ne restait plus qu’à vérifier que la de l’an 1054 avait bien donné naissance au pour valider la théorie énoncée 40 ans plus tôt. La découverte fortuite de Jocelyn Bell vaudra à Hewish (et pas à elle …) le prix Nobel en 1974.

Le pulsar PSR B1509-58 par Chandra. Crédit NASA/CXC/SAO/P.Slane, et al. (cliquez pour plus d’infos)

Après quelques décennies d’observation notamment grâce au , nous connaissons aujourd’hui plus de 2000 pulsars dans la Voie Lactée. Il y en a qui tournent vite, d’autres lentement. Il y en a qui émettent des rayons X, d’autres des ondes radio. Il y en a qui ont une “atmosphère” d’une dizaine de centimètres de fer, pour d’autres c’est du carbone pur, du diamant quoi…

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Il y en a qui , d’autres presque pas. Depuis 1992, on pense que certains pulsars génèrent un champ magnétique si puissant qu’ils méritent un nom à eux tout seuls : , ce qui veut dire “effaceur de cartes de crédit galactique” en . Le champ magnétique apparait d’ailleurs comme un élément essentiel des pulsars, qui freine leur rotation en fournissant l’énergie du rayonnement selon un processus assez complexe pour que je n’aie pas encore tout bien compris.

Dans un article récent

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, Victoria M. Kaspi fait le ménage dans ce zoo avec un diagramme :

Sur ce diagramme dit P-P’ montrant la période des pulsars en abscisse et leur ralentissement en ordonnée, on voit 1674 pulsars radio (points noirs) dont ceux formant un système double avec une étoile normale sont cerclés , 9 et 5 qui sont des variétés de magnétars et qui sont bien ceux qui ralentissent le plus, ainsi que quelques autres pulsars atypiques.

Les lignes en traitillés indiquent l’intensité du champ magnétique en surface en , les lignes en traits mixtes indiquent la “demi-vie de rotation”, le temps après lequel la rotation sera deux fois plus lente. En haut à gauche, il n’y a pas de points car il n’y a pas eu beaucoup de supernova dans notre galaxie ces derniers siècles. En bas à droite, il y a probablement beaucoup d’étoiles à neutrons anciennes, qui ont trop ralenti ou dont le champ magnétique est trop faible pour alimenter une émission de signaux radio. Combien y’en a-t-il ? Mystère. Pourrons-nous les détecter un jour ? Surement !

Référence

A. Hewish, S. J. Bell, J. D. H. Pilkington, P. F. Scott& R. A. Collins, “ ”, 1968, Nature 217, p 709 - 713
Wynn C. G. Ho, Craig O. Heinke, “ ”, 2009, Nature, Vol. 462, p. 71–73
Victoria M. Kaspi, “ ”, 2010, Submitted to Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

Comment localiser les sondes spatiales

Mon, 01 Jun 2009 00:00:00 +0000

Sur Terre, le permet désormais de diriger nos voitures jusqu’à destination, avec une prévision de quelques mètres. Mais comment fait-on la même chose avec des sondes spatiales envoyées à la rencontre d’astres très lointains ?

Bonnes vieilles méthodes

Tant que la sonde reste en contact avec notre bonne vieille Terre, on peut mesurer le temps mis par un message radio pour aller jusqu’à la sonde et pour que sa réponse nous revienne, ce qui permet de déterminer la distance dans l’axe de visée avec une précision de 3 mètres . L’ permet même de déterminer la vitesse de la sonde avec la précision incroyable de 0.050 mm/s, mais toujours dans l’axe terre-sonde uniquement.

Dans les deux autres direction requises pour obtenir une position dans l’espace, on peut utiliser les caméras embarquées à bord. peut ainsi se positionner dans un angle de 3 microradians par rapport à ce qu’il observe, donc à 3km près en orbitant à 1 million de km de Saturne.

La précision du positionnement peut encore être améliorée en tenant compte de célestes : en observant l’orbite de Cassini dans le système de Saturne, la position de la sonde est connue à moins d'1 km près, ce qui n’est pas mal si l’on considère qu’elle est à plus d’un milliard de kilomètres d’ici.

position des 4 sondes ayant dépassé l

Vers un GPS galactique

Les méthodes actuelles donnent satisfaction dans le système solaire pour des sondes relativement lentes, mais il serait pratique de pouvoir s’affranchir de ces petites contraintes à l’avenir.

Une idée qui fait son chemin , , serait d’utiliser une sorte de GPS naturel utilisant des comme émetteurs. Ces résidus d’étoiles sont (probablement) des étoiles à neutrons qui, en s’effondrant, se sont mis à tourner sur eux-mêmes à la vitesse stupéfiante de centaines de tours par seconde, avec une régularité presque digne d’une horloge atomique.

On connait aujourd’hui environ 700 pulsars milliseconde dans notre Galaxie, dont 4 ont la bonne idée d’être “facilement” repérables dans les directions approximatives des sommets d’un tétraèdre, l’idéal pour un système de repérage. En utilisant leurs signaux un peu , il serait possible de déterminer la position d’un vaisseau spatial à 1 mètre près dans une bonne partie de la Voie Lactée, et accessoirement d’avoir l’heure exacte à 4 nanosecondes près .

Références:

Jeremy Jones “ ?”, 2006, Scientific American
sur Centauri Dreams
Josep Sala et al, “ ", 2004, ESA, ARIADNA 03/4202 report
Bartolomé Coll and Albert Tarantola, “ ”, 2009

Fond d'écran recyclé

Fri, 28 Sep 2007 00:00:00 +0000

Mon nouveau fond d’écran est cette superbe image de la

Il s’agit des restes d’une étoile qui a explosé en supernova, ajoutant un point dans le ciel de nos ancêtres alors qu’ils taillaient des silex. Comme on le voit, les gaz expulsés par l’étoile ont perdu la juste après la méga-pétée, et ont commencé à se contracter en filaments, et en zones plus denses qui vont devenir de jeunes étoiles lorsque les dauphins tailleront des silex.

Au centre de l’image, en noir sur fond noir se trouve le résidu de l’étoile défunte . C’est un petite sphère de neutrons lourde comme plusieurs fois le Soleil et tournant sur elle-même en 8 secondes, donc assez lentement pour un pulsar. Cet astre est doté d’un champ magnétique si fort que si le Soleil avait le même, votre disque dur serait effacé instantanément, et si la Lune avait ce champ, votre fourchette décollerait de votre assiette pour percuter la Mer de la Tranquilité à la vitesse de la lumière !

Dieu a du juste avant de créer les supernovas …