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La mort des étoiles : L'origine des pulsars milliseconde se confirme
Posté par didier le 11/06/2009 13:10:00 (901 lectures)

L'origine des pulsars milliseconde se confirme
 Découvert en 1982, le premier pulsar milliseconde semblait défier les lois de l'astrphysique. Une équipe d’astrophysiciens vient de confirmer l’un des modèles expliquant la rotation si rapide de ces étoiles à neutrons.

Lorsque qu’une étoile de plus de 8 masses solaires explose, elle laisse une nébuleuse qui se dissipera très rapidement à l’échelle du temps cosmologique mais aussi un astre incroyablement dense pouvant rassembler dans une sphère de quelques dizaines de kilomètres de diamètre une masse de l'ordre de celle su Soleil



Cet effondrement explique l'apparition de ce que l'on a appelé les pulsars, ces astres qui émettent des ondes radio à un rythme rapide et régulier. Toutes les étoiles tournent et, de même qu’une patineuse voit sa vitesse de rotation accélérer lorsqu’elle rassemble ses bras vers son corps, une étoile en effondrement voit sa vitesse de rotation augmenter. C’est une conséquence de la conservation du moment cinétique, l’une des lois les plus fondamentales de la physique. De même, une étoile possède un champ magnétique qui doit s’amplifier par conservation du flux lorsqu’elle se contracte. Ainsi, juste après sa formation, le cœur chaud et dense d’une étoile devenue une étoile à neutrons doit-il tourner assez rapidement. Un mécanisme s’enclenche, lié au champ magnétique, qui conduit l’astre à rayonner puissamment en émettant un faisceau d’ondes radio collimatées à la façon d’un phare. Lorsque ce faisceau coupe l orbite de la Terre il se manifeste dans un radiotélescope comme une série régulière de bips. L’étoile à neutrons apparaît alors comme un pulsar.

La grande majorité des pulsars possède une période de rotation comprise entre 0,1 et 10 secondes. En perdant de l’énergie cinétique de rotation par l’intermédiaire du flux d’onde radio, ils ralentissent lentement et en une dizaine de millions d’années tout au plus leur vitesse de rotation devient trop faible pour générer une émission radio.

Une nouvelle famille d'astres : les phares cosmiques ultrarapides

Or, en 1982, des astronomes ont découvert dans la constellation du Petit Renard le pulsar PSR B1937+21 tournant à la vitesse folle de 642 tours/seconde. Une telle vitesse impliquait un âge de formation jeune, moins d’un millier d’années. On aurait donc dû observer la nébuleuse laissée par une supernova, ce qui n’était pas le cas.

Dans les années qui ont suivi, ce record a été battu plusieurs fois, inaugurant une nouvelle famille, celle des « pulsars milliseconde », trouvés pour l’essentiel dans les amas globulaires. Sur le plan théorique, il ne semble pas possible qu'existent des pulsars dont la vitesse de rotation dépasse les 1.500 tours/seconde. En effet, malgré leur champ de graviattion extraordinairement intense, la force centrifuge induite par une telle vitesse mettrait en pièces l’étoile à neutrons. Une seconde limite existe. A partir de 1.000 tours/seconde, ce sont les ondes gravitationnelles de la relativité générale qui doivent ralentir fortement et rapidement le pulsar en transportant son énergie cinétique de rotation.

Près de 180 pulsars milliseconde sont connus aujourd’hui et leur période de rotation est de l’ordre de 300 tours/seconde. A nouveau et pour chacun d’eux, un âge de formation très jeune semble contradictoire avec l’absence de nébuleuse, reste de supernova. Enfin, étrangement, 130 des 180 connus environ se trouvent dans les amas globulaires.

Nés de couples binaires serrés

Comment expliquer de tels phénomènes ? L’explication la plus simple fait intervenir l’existence de systèmes binaires, qui sont d’ailleurs, justement, plus abondants dans les amas globulaires denses en étoiles. Pendant quelques millions d’années, un vieux pulsar se mettrait à accréter de la matière en provenance de son étoile compagne dont les couches supérieures se seraient dilatées au point de franchir le lobe de Roche du système. En spiralant en direction de l’étoile à neutrons, le gaz arraché opérerait un transfert de moment cinétique accélérant l'étoile. Retrouvant une nouvelle jeunesse, elle deviendrait à nouveau un pulsar. De plus, à cause de faibles distances entre les étoiles, la formation de couples serrés est favorisée dans un amas globulaire.

Anne Archibald, étudiante en astrophysique à l’Université McGill au Canada, analysait avec sa directrice de thèse, Victoria Kaspi, un relevé d’un tiers de la sphère céleste conduit avec le radiotélescope de Green Bank lorsqu’elle découvrit un pulsar milliseconde. Comme les deux astrophysiciennes l’expliquent avec leurs collègues dans un article de Science publié aussi sur arXive, ce pulsar milliseconde pouvait être rapproché d’autres observations effectuées une décennie plus tôt dans la même région mais dans le domaine optique. Un disque d’accrétion entourant l’étoile à neutrons avait alors été observé. Or ce dernier n’existe plus aujourd’hui.

Cette observation constitue donc un argument de poids en faveur d’une des explications souvent avancées pour rendre compte de l’existence paradoxale des pulsars milliseconde.

Une représentation du disque d'accrétion d'un pulsar arrachant de la matière à son étoile compagne déformée par les forces de marée. Crédit : Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Une représentation du disque d'accrétion d'un pulsar arrachant de la matière à son étoile compagne déformée par les forces de marée. Crédit : Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

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