Le rayonnement des pulsars


La vitesse de rotation des pulsars

C’est la taille minuscule des étoiles à neutrons qui est à l’origine du phénomène de pulsar. Elle explique à la fois la vitesse de rotation élevée et la présence d’intenses champs magnétique et électrique, soit tous les facteurs nécessaires à l’émission radio rapide et stable des pulsars.

La première conséquence de la petite taille est la formidable vitesse de rotation. Il existe en physique une grandeur appelée le moment angulaire qui caractérise la rotation d’un corps. Elle se calcule à partir de la masse, de la taille et de la vitesse de rotation de l’objet en question. La propriété fondamentale du moment angulaire est sa conservation pour un corps isolé. Par exemple, une étoile qui s’effondre doit conserver son moment angulaire dans ce processus.

Or, si la masse reste constante et la taille diminue fortement, passant de plusieurs millions à quelques dizaines de kilomètres, la vitesse de rotation doit être démultipliée pour compenser. C’est le même principe qui veut qu’une patineuse en train de tourner sur elle-même augmente fortement sa vitesse de rotation lorsqu’elle ramène les bras vers son corps. La petite taille des étoiles à neutrons est donc à l’origine de la vitesse de rotation très élevée, pouvant atteindre des valeurs de plusieurs centaines de tours par seconde.

La dimension réduite est également responsable de la présence d’un champ magnétique très puissant. En effet, lors de l’effondrement, le flux magnétique de l’étoile, c’est-à-dire le produit de l’intensité du champ par la surface de l’astre, doit se conserver. Par conséquent, puisque la surface de l’étoile diminue, le champ magnétique doit fortement augmenter. Ceci explique que des valeurs fantastiques soient atteintes, de l’ordre de mille milliards de fois l’intensité du champ terrestre.

Enfin, l’effet conjugué de la rotation rapide et d’un champ magnétique puissant donne naissance, comme dans une dynamo, à un champ électrique tout aussi intense.

Le rayonnement synchrotron des pulsars

C’est la combinaison de ces trois facteurs qui donne naissance à un pulsar. Sous l’effet du puissant champ électrique, les électrons proches des pôles magnétiques sont fortement accélérés. Ils se déplacent alors très rapidement le long de lignes spirales qui s’enroulent autour du champ magnétique et émettent un rayonnement synchrotron, un type d’ondes radio bien connu que l’on retrouve dans certains accélérateurs de particules.

Le faisceau du rayonnement synchrotron est très étroit et sa direction se confond avec celle de l’axe des pôles magnétiques. Or, ce dernier n’est pas aligné avec l’axe de rotation, tout comme le pôle nord magnétique terrestre n’est pas identique au pôle nord géographique. Ceci explique que lorsque la planète tourne sur elle-même, le faisceau n’est pas immobile, mais balaye une partie du ciel en forme de cône. Si la Terre se trouve par hasard dans la zone balayée, elle reçoit une très brève impulsion d’ondes radio à chaque fois qu’elle passe dans le faisceau.

L’une des conséquences de la nature du processus est que nous ne pouvons observer qu’une faible partie du nombre total de pulsars. En effet, la direction du faisceau est plus ou moins aléatoire et la Terre a très peu de chances de se trouver dans la zone balayée par un pulsar donné. De plus, les ondes radio sont atténuées et nous ne pouvons observer que les objets les plus proches. Pour plusieurs centaines de pulsars observés, il y en a probablement plusieurs centaines de millions dans toute la Galaxie.


Page mise à jour le 30 août 2017 par Olivier Esslinger