Les découvertes de l'année
Symphonie stellaire
Vingt et un nouveaux pulsars ont été découverts dans un seul amas d’étoiles. Ces astres sont des laboratoires cosmiques faits sur mesure pour les astrophysiciens.
par Noémi Mercier
Victoria Kaspi a révélé une musique cosmique encore jamais entendue. Au cœur de la Voie lactée, son équipe d’astrophysiciens provenant du Canada et des États-Unis a découvert une concentration record de pulsars: des corps célestes qui émettent un signal radio à chacune de leurs rotations.
Certains d’entre eux virevoltent si rapidement que leurs «tic tac», extrêmement rapprochés, se fondent en une seule note de musique. Pas moins de 21 de ces toupies véloces ont été détectées dans un même amas d’étoiles, baptisé Terzan 5.
Publiée en février 2005 dans la revue Science, cette découverte porte à 24 le nombre de pulsars connus dans ce coin de notre galaxie; du jamais vu pour un seul amas globulaire.
Victoria Kaspi, professeure de physique à l’Université McGill et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en astrophysique d’observation, compare cela à l’exploit consistant à trouver plusieurs aiguilles dans une gigantesque botte de foin.
Les pulsars sont une variété d’étoiles à neutrons; c’est-à-dire des restants très denses qui se forment lorsque des étoiles massives, à la fin de leur vie, explosent en supernova. Les pôles magnétiques d’un pulsar ont la particularité d’émettre des ondes radio, des rayons X et de la lumière concentrés en deux faisceaux qui balaient le cosmos à chaque rotation.
Si, par chance, la trajectoire des rayons est orientée vers la Terre, les astronomes peuvent intercepter le signal à intervalles réguliers, comme on perçoit le faisceau d’un phare chaque fois qu’il fouette le ciel.
Environ 1 500 pulsars ont jusqu’ici été identifiés dans notre galaxie. «La plupart tournent sur eux-mêmes une ou deux fois par seconde. Ceux que nous avons trouvés le font plus de 100 fois; on les appelle les “pulsars millisecondes”. Avant notre découverte, moins d’une centaine de pulsars de ce type étaient connus. En trouver 21 dans un seul amas d’étoiles est donc vraiment exceptionnel», souligne Victoria Kaspi.
Certains font jusqu’à 600 tours par seconde. Imaginez une sphère du diamètre de l’île de Montréal effectuer autant de rotations qu’un robot culinaire! «Ces pulsars tournent à un dixième de la vitesse de la lumière.»
Leurs propriétés en font des laboratoires cosmiques uniques, impossibles à reproduire artificiellement. Comme les autres étoiles à neutrons, les pulsars sont beaucoup plus petits que le Soleil (dont le diamètre avoisine 1,4 million de kilomètres). Dans ces astres compacts s’entasse pourtant une masse équivalente à une fois et demie celle du Soleil.
«Une petite cuillérée de matière d’une étoile à neutrons pèserait un milliard de tonnes, s’émerveille la chercheuse. C’est la matière la plus dense que nous connaissons dans l’Univers, après les trous noirs. En fait, le cœur des étoiles à neutrons est encore plus dense que le noyau des atomes. D’où leur importance pour la physique fondamentale, parce qu’on ne connaît pas les propriétés de la matière à ces densités, et on ne peut pas en fabriquer en laboratoire.»
La lumière et les rayons X que dégagent les pulsars sont souvent trop faibles pour être repérés, même par les meilleurs télescopes. Ce sont en général leurs pulsations radio qui trahissent leur présence.
D’ailleurs, lorsque le premier pulsar a été détecté, par hasard en 1967, certains scientifiques ont pris ce cliquetis cosmique pour les messages codés d’une civilisation extraterrestre!
Aujourd’hui, Victoria Kaspi et ses collègues «écoutent» le ciel à l’aide du puissant radiotélescope Green Bank de l’Observatoire national de radioastronomie, en Virginie occidentale. Les ondes radio ainsi captées sont analysées par les super-ordinateurs du département de physique de McGill.
Plusieurs téraoctets de données doivent être scrutés pour arriver à déceler des pulsations dans le bourdonnement constant des autres étoiles. «À l’aide d’un algorithme, l’ordinateur extrait les pulsations régulières, même très faibles, qui sont noyées dans un bruit de fond aléatoire.»
Les ondes radio apparaissent à l’écran sous la forme d’un graphique qui ressemble au tracé d’un électrocardiogramme. Si on amplifie suffisamment le signal dans un haut-parleur, on parvient à entendre ces battements de cœur, qui peuvent sonner comme le bruit d’une montre, le vrombissement d’un moteur ou un ton continu.
Parmi la vingtaine de pulsars ainsi dénichés, au moins 13 forment un couple avec une autre étoile. Les deux inséparables tournent en orbite l’un autour de l’autre à une vitesse vertigineuse, composant des systèmes binaires.
Ces paires d’astres sont particulièrement intéressantes pour les astrophysiciens, parce qu’elles leur permettent de mettre à l’épreuve la théorie de la relativité générale d’Einstein. Tout ça grâce à l’incroyable régularité des tic tac des pulsars, aussi stables que les horloges atomiques.
«Nous pouvons observer si les pulsations surviennent un peu plus tôt ou un plus tard, selon que le pulsar se trouve d’un côté ou de l’autre de son étoile alliée. Grâce à cette extrême précision du temps, nous pouvons mesurer les effets les plus infimes de la relativité.»
L’équipe de Victoria Kaspi continue à passer au peigne fin l’amas d’étoiles Terzan 5, et des pulsars supplémentaires risquent fort de s’ajouter à son tableau de chasse.
Grâce à des instruments de plus en plus sophistiqués, les astrophysiciens espèrent que ces découvertes se compteront par centaines, voire par milliers, au cours des prochaines années.
À lire:
Les astrophysiciens de McGill découvrent le pulsar le plus rapide jamais observé à ce jour!
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Votez pour VOTRE découverte de l'année
par Noémi Mercier
Victoria Kaspi a révélé une musique cosmique encore jamais entendue. Au cœur de la Voie lactée, son équipe d’astrophysiciens provenant du Canada et des États-Unis a découvert une concentration record de pulsars: des corps célestes qui émettent un signal radio à chacune de leurs rotations.
Certains d’entre eux virevoltent si rapidement que leurs «tic tac», extrêmement rapprochés, se fondent en une seule note de musique. Pas moins de 21 de ces toupies véloces ont été détectées dans un même amas d’étoiles, baptisé Terzan 5.
Publiée en février 2005 dans la revue Science, cette découverte porte à 24 le nombre de pulsars connus dans ce coin de notre galaxie; du jamais vu pour un seul amas globulaire.
Victoria Kaspi, professeure de physique à l’Université McGill et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en astrophysique d’observation, compare cela à l’exploit consistant à trouver plusieurs aiguilles dans une gigantesque botte de foin.
Les pulsars sont une variété d’étoiles à neutrons; c’est-à-dire des restants très denses qui se forment lorsque des étoiles massives, à la fin de leur vie, explosent en supernova. Les pôles magnétiques d’un pulsar ont la particularité d’émettre des ondes radio, des rayons X et de la lumière concentrés en deux faisceaux qui balaient le cosmos à chaque rotation.
Si, par chance, la trajectoire des rayons est orientée vers la Terre, les astronomes peuvent intercepter le signal à intervalles réguliers, comme on perçoit le faisceau d’un phare chaque fois qu’il fouette le ciel.
Environ 1 500 pulsars ont jusqu’ici été identifiés dans notre galaxie. «La plupart tournent sur eux-mêmes une ou deux fois par seconde. Ceux que nous avons trouvés le font plus de 100 fois; on les appelle les “pulsars millisecondes”. Avant notre découverte, moins d’une centaine de pulsars de ce type étaient connus. En trouver 21 dans un seul amas d’étoiles est donc vraiment exceptionnel», souligne Victoria Kaspi.
Certains font jusqu’à 600 tours par seconde. Imaginez une sphère du diamètre de l’île de Montréal effectuer autant de rotations qu’un robot culinaire! «Ces pulsars tournent à un dixième de la vitesse de la lumière.»
Leurs propriétés en font des laboratoires cosmiques uniques, impossibles à reproduire artificiellement. Comme les autres étoiles à neutrons, les pulsars sont beaucoup plus petits que le Soleil (dont le diamètre avoisine 1,4 million de kilomètres). Dans ces astres compacts s’entasse pourtant une masse équivalente à une fois et demie celle du Soleil.
«Une petite cuillérée de matière d’une étoile à neutrons pèserait un milliard de tonnes, s’émerveille la chercheuse. C’est la matière la plus dense que nous connaissons dans l’Univers, après les trous noirs. En fait, le cœur des étoiles à neutrons est encore plus dense que le noyau des atomes. D’où leur importance pour la physique fondamentale, parce qu’on ne connaît pas les propriétés de la matière à ces densités, et on ne peut pas en fabriquer en laboratoire.»
La lumière et les rayons X que dégagent les pulsars sont souvent trop faibles pour être repérés, même par les meilleurs télescopes. Ce sont en général leurs pulsations radio qui trahissent leur présence.
D’ailleurs, lorsque le premier pulsar a été détecté, par hasard en 1967, certains scientifiques ont pris ce cliquetis cosmique pour les messages codés d’une civilisation extraterrestre!
Aujourd’hui, Victoria Kaspi et ses collègues «écoutent» le ciel à l’aide du puissant radiotélescope Green Bank de l’Observatoire national de radioastronomie, en Virginie occidentale. Les ondes radio ainsi captées sont analysées par les super-ordinateurs du département de physique de McGill.
Plusieurs téraoctets de données doivent être scrutés pour arriver à déceler des pulsations dans le bourdonnement constant des autres étoiles. «À l’aide d’un algorithme, l’ordinateur extrait les pulsations régulières, même très faibles, qui sont noyées dans un bruit de fond aléatoire.»
Les ondes radio apparaissent à l’écran sous la forme d’un graphique qui ressemble au tracé d’un électrocardiogramme. Si on amplifie suffisamment le signal dans un haut-parleur, on parvient à entendre ces battements de cœur, qui peuvent sonner comme le bruit d’une montre, le vrombissement d’un moteur ou un ton continu.
Parmi la vingtaine de pulsars ainsi dénichés, au moins 13 forment un couple avec une autre étoile. Les deux inséparables tournent en orbite l’un autour de l’autre à une vitesse vertigineuse, composant des systèmes binaires.
Ces paires d’astres sont particulièrement intéressantes pour les astrophysiciens, parce qu’elles leur permettent de mettre à l’épreuve la théorie de la relativité générale d’Einstein. Tout ça grâce à l’incroyable régularité des tic tac des pulsars, aussi stables que les horloges atomiques.
«Nous pouvons observer si les pulsations surviennent un peu plus tôt ou un plus tard, selon que le pulsar se trouve d’un côté ou de l’autre de son étoile alliée. Grâce à cette extrême précision du temps, nous pouvons mesurer les effets les plus infimes de la relativité.»
L’équipe de Victoria Kaspi continue à passer au peigne fin l’amas d’étoiles Terzan 5, et des pulsars supplémentaires risquent fort de s’ajouter à son tableau de chasse.
Grâce à des instruments de plus en plus sophistiqués, les astrophysiciens espèrent que ces découvertes se compteront par centaines, voire par milliers, au cours des prochaines années.
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