Une équipe internationale de scientifiques a utilisé le radiotélescope MeerKAT pour observer le rythme cardiaque de l’univers alors que les étoiles à neutrons naissent et forment des orages tourbillonnants qui durent des millions d’années.
Les pulsars radio sont des étoiles à neutrons en rotation à partir desquelles on peut observer des éclairs d’ondes radio à la manière des impulsions lumineuses d’un phare. Avec des masses d’environ une fois et demie la masse du soleil et des tailles d’environ 25 km seulement, les étoiles à neutrons sont les étoiles les plus denses connues. Ils tournent extrêmement vite, généralement une fois tous les millièmes de seconde à une fois toutes les dix secondes, ne ralentissant que progressivement à mesure qu’ils vieillissent.
Maintenant, une équipe d’astronomes collaboratifs a publié le plus grand relevé de pulsars jamais réalisé dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Les étoiles à neutrons sont également les aimants les plus puissants de l’univers, en moyenne un million de fois plus puissants que l’aimant le plus puissant de la Terre. Ces propriétés extrêmes offrent une opportunité de tester les lois de la physique avec une précision exceptionnellement élevée. Même 60 ans après leur découverte, des questions fondamentales sur la nature de ces objets exotiques demeurent.
Il n’y a pas deux pulsars identiques, et les progrès dans ces domaines passionnants de la physique nécessitent des observations sensibles d’autant de pulsars que possible. Le projet « Thousand Pulsar Array » (TPA) est une collaboration internationale visant à poursuivre ces objectifs en exploitant la sensibilité sans précédent du radiotélescope MeerKAT. Il se compose de 64 antennes dans le désert du Karoo en Afrique du Sud et constitue un tremplin vers le Square Kilometre Array, dont le Royaume-Uni est le leader.
Les résultats sont publiés en deux parties, dont l’une est dirigée par des chercheurs de l’Université de Manchester, qui détaille les résultats de l’étude de plus d’un million de flashs individuels enregistrés. La séquence de flashs peut être visualisée comme un train d’impulsions.
Le Dr Patrick Weltevrede de l’Université de Manchester a déclaré: « Observer un pulsar, c’est comme vérifier le pouls d’un pulsar, révélant les particularités de son » battement de coeur « . Chaque impulsion individuelle a une forme et une force différentes. »
Pour certains pulsars, des motifs ordonnés de rayures diagonales apparaissent lorsqu’ils sont visualisés. Dr Xiaoxi Song, Ph.D. étudiant à l’Université de Manchester explique : « La superbe qualité des données TPA et notre analyse sophistiquée nous ont permis de révéler ces modèles pour de nombreux pulsars pour la première fois. Ces modèles peuvent être expliqués par les orages tourbillonnant autour de l’étoile. Les résultats indiquent quelque chose de fondamental sur le fonctionnement des pulsars. »
Après la naissance du pulsar, les orages tourbillonnent autour de l’étoile rapidement et de manière chaotique. Après quelques millions d’années, les orages se calment et les schémas deviennent plus lents et plus réguliers. Cela s’avère être le contraire de ce que prédisent les modèles. Finalement, après quelques milliards d’années, la foudre s’arrêtera complètement et les pulsars ne seront plus détectables.
L’équipe MeerKAT a récemment reçu le prestigieux Group Award de la Royal Astronomical Society, et le projet TPA a maintenant franchi une étape extraordinaire : des observations détaillées de plus de 1 200 pulsars, représentant plus d’un tiers des pulsars connus.
Dans un travail d’accompagnement, mené par des chercheurs de l’Université d’Oxford, les propriétés statistiques des formes d’impulsions sont présentées. Le Dr Bettina Posselt explique : « Nous constatons que la propriété la plus importante régissant l’émission radio d’un pulsar est sa puissance dite de spin-down. Elle quantifie l’énergie libérée par une étoile à neutrons chaque seconde lorsque sa rotation ralentit. de cette puissance de spin-down est utilisée pour produire les ondes radio observées. »
Les modèles prédisent que le gaz ionisé entourant l’étoile se décharge en continu dans ce qui peut être comparé à des orages, produisant les impulsions radio. Les nouvelles données indiquent que la puissance de spin-down influence la hauteur au-dessus de la surface de l’étoile à neutrons à laquelle l’émission radio a lieu et la quantité d’énergie dont les particules chargées sont dotées. Puisqu’il est prouvé que la puissance de spin-down diminue avec l’âge et que les 1 200 pulsars présentent une grande variété de puissance de spin-down, les données TPA sont idéales pour étudier le vieillissement des étoiles à neutrons.
Les nouvelles données montrent que même les pulsars avec le moins de puissance de spin-down émettent des émissions radio intenses et peuvent être détectés jusqu’à de grandes distances. Ce résultat suggère qu’il pourrait y avoir une plus grande population de pulsars à découvrir que prévu.
Les données TPA des deux projets sont désormais accessibles au public. Ils permettent à la communauté internationale de poursuivre les études à la fois sur les propriétés de ces pulsars et sur celles de l’espace interstellaire intermédiaire.
Plus d’information:
Xiaoxi Song et al, Le programme Thousand-Pulsar-Array sur MeerKAT—VIII. La modulation subpulsée de 1198 pulsars, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2023). DOI : 10.1093/mnras/stad135. Sur arXiv: arxiv.org/abs/2301.04067
Bettina Posselt et al, Le programme Thousand-Pulsar-Array sur MeerKAT—IX. Les propriétés moyennées dans le temps de la population de pulsars observée, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2023). DOI : 10.1093/mnras/stac3383. Sur arXiv: arxiv.org/abs/2211.11849