Un pulsar est une étoile à neutrons en rotation extrêmement rapide qui émet deux faisceaux de rayonnement électromagnétique le long de son axe magnétique. Quand l’un de ces faisceaux balaie la Terre, on perçoit un signal pulsant d’une régularité extraordinaire — comme un phare cosmique. Le mot pulsar vient de la contraction de pulsating star.
Le mécanisme du phare
Quand une étoile massive explose en supernova, son cœur peut s’effondrer en une étoile à neutrons — un objet d’une dizaine de kilomètres de diamètre mais d’une masse supérieure à celle du Soleil. La conservation du moment angulaire fait tourner ce résidu à des vitesses vertigineuses, parfois plusieurs centaines de fois par seconde. Son champ magnétique, lui aussi extraordinairement intens, canalise le rayonnement le long des pôles magnétiques. Si ces pôles ne sont pas alignés avec l’axe de rotation, les faisceaux balaient l’espace comme un phare maritime.
Une horloge cosmique
La période de pulsation des pulsars est d’une régularité remarquable, comparable aux meilleures horloges atomiques. Certains pulsars millisecondes ont une stabilité de fréquence si précise qu’ils sont utilisés comme références temporelles en physique fondamentale. Les réseaux internationaux de chronométrage de pulsars (Pulsar Timing Arrays) cherchent à détecter les ondes gravitationnelles à basse fréquence en mesurant les infimes variations du timing de plusieurs pulsars simultanément.
Une découverte historique
Le premier pulsar a été découvert en 1967 par Jocelyn Bell Burnell, alors étudiante en doctorat à Cambridge. Le signal régulier à 1,33 seconde était si inattendu qu’il avait initialement été surnommé LGM-1 (Little Green Men) avant que sa nature stellaire ne soit comprise. Cette découverte a valu le prix Nobel de physique 1974, mais à son directeur de thèse Antony Hewish — pas à Bell Burnell, l’une des injustices les plus célèbres de l’histoire des sciences.
Exemple concret : le pulsar du Crabe
Le pulsar du Crabe (PSR B0531+21), situé au cœur de la nébuleuse du Crabe à environ 6 500 années-lumière, est l’un des plus étudiés. Il tourne 30 fois par seconde et est le résidu de la supernova observée par les astronomes chinois en 1054. Il émet dans presque toutes les longueurs d’onde, de la radio aux rayons gamma.
Le saviez-vous ?
Le pulsar le plus rapide connu, PSR J1748-2446ad, tourne 716 fois par seconde — sa surface équatoriale se déplace à environ 24% de la vitesse de la lumière. Au-delà d’une certaine fréquence, l’étoile à neutrons devrait se désintégrer sous la force centrifuge.
Questions fréquentes
Tous les pulsars sont-ils des étoiles à neutrons ?
Oui, mais l’inverse n’est pas vrai : toutes les étoiles à neutrons ne sont pas des pulsars. Pour qu’une étoile à neutrons soit perçue comme un pulsar depuis la Terre, il faut que l’un de ses faisceaux balaie notre direction. Beaucoup d’étoiles à neutrons existent sans être observables comme pulsars.
Les pulsars peuvent-ils ralentir avec le temps ?
Oui. Les pulsars perdent progressivement de l’énergie en rayonnant et ralentissent leur rotation. Un pulsar typique passe de quelques millisecondes à plusieurs secondes de période sur des millions d’années. Quand il devient trop lent, le mécanisme d’émission s’arrête — le pulsar s’éteint.
Que sont les pulsars millisecondes ?
Ce sont des pulsars dont la période est inférieure à 30 millisecondes. Ils sont généralement âgés mais ont été ré-accélérés par accrétion de matière depuis un compagnon. On les trouve souvent dans les amas globulaires.