Le télescope à barrettes dipolaires - une masse de fils et de poteaux étirés sur une surface de la taille de 57 courts de tennis - a pris plus de deux ans à la construction des étudiants de l’Université de Cambridge. Mais une fois le télescope terminé en juillet 1967, l’étudiant diplômé Jocelyn Bell Burnell n’a mis que quelques semaines à détecter quelque chose qui pourrait bouleverser le domaine de l’astronomie.
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Le télescope géant ressemblant à un filet produisait suffisamment de données pour remplir 700 pieds de papier chaque semaine. En analysant cela, Bell Burnell remarqua un faible signal répétitif qu'elle appelait «scruff», une série régulière d'impulsions espacées de 1, 33 seconde. Avec l'aide de son superviseur Antony Hewish, Bell Burnell a été capable de capturer le signal à nouveau plus tard cet automne et cet hiver.
Le signal ne ressemblait à rien que tout astronome ait jamais vu auparavant. Cependant, Bell Burnell a rapidement découvert d’autres petites balises, tout comme la première, mais pulsant à différentes vitesses dans différentes parties du ciel.
Après avoir éliminé des explications évidentes telles que les interférences radio de la Terre, les scientifiques ont donné au signal le surnom de fantaisie LGM-1, pour «petits hommes verts» (il est devenu plus tard le CP 1919 pour «Cambridge pulsar»). Même s'ils ne pensaient pas sérieusement qu'il pourrait s'agir d'extraterrestres, la question demeure: quoi d'autre dans l'univers pourrait émettre un tel blip régulier?
Heureusement, le domaine de l'astronomie était collectivement prêt à plonger dans le mystère. Lorsque la découverte parut dans le prestigieux journal Nature le 24 février 1968, d'autres astronomes trouvèrent rapidement une réponse: Bell Burnell avait découvert des pulsars, une forme inimaginable d'étoile à neutrons qui tournait rapidement et émettait des faisceaux de rayons X ou gamma. .
«Les pulsars étaient totalement inattendus. Il était donc remarquable de découvrir une chose à laquelle nous n'avions jamais pensé en termes théoriques», déclare Josh Grindlay, astrophysicien de l'université de Harvard, étudiant en doctorat à Harvard. Découverte. «La découverte de pulsars nous indique que le monde des objets compacts était très réel.» Au cours des 50 dernières années, les chercheurs ont estimé qu'il y avait des dizaines de millions de pulsars dans notre seule galaxie.
Bell Burnell en 1967, l'année où elle observa ce que les astrophysiciens identifieraient bientôt comme les premiers pulsars connus. (Wikimedia Commons) Par objets compacts, Grindlay désigne les objets célestes exotiques comprenant des trous noirs et des étoiles à neutrons. Les étoiles à neutrons ont été proposées en 1934 par les physiciens Walter Baade et Fritz Zwicky, mais on pensait qu'elles étaient trop sombres et trop minutieuses pour que les scientifiques puissent les identifier en réalité. On pensait que ces étoiles incroyablement petites et denses étaient l'aboutissement du processus de la supernova - lorsqu'une énorme étoile explose et que le reste de la matière s'effondre sur lui-même.
Baade et Zwicky avaient raison. Comme les astrophysiciens l'ont découvert, les pulsars sont un petit sous-ensemble d'étoiles à neutrons et, puisqu'ils sont visibles, prouvent l'existence d'autres étoiles à neutrons. Fabriqués à partir de neutrons compactés, les pulsars peuvent avoir un diamètre d’environ 13 milles, tout en contenant deux fois la masse du soleil. Pour mettre cela en perspective, une partie de l'étoile à neutrons de la taille d'un morceau de sucre pèserait autant que le mont Everest. Le seul objet de l'univers ayant une densité supérieure à celle des étoiles à neutrons et des pulsars est un trou noir.
Ce qui différencie les pulsars des autres étoiles à neutrons est le fait qu’ils tournent, comme des sommets, certains si rapidement qu’ils approchent de la vitesse de la lumière. Ce mouvement de rotation, combiné aux champs magnétiques qu'ils créent, génère un faisceau qui les projette de chaque côté - pas autant que la lueur constante de notre Soleil, mais plutôt comme le projecteur tournant d'un phare. C’est ce scintillement qui a permis aux astrophysiciens d’observer et de détecter les pulsars en premier lieu, et de déduire l’existence d’étoiles à neutrons, qui restent invisibles.
«Au moment où cela se produisait, nous ne savions pas qu'il y avait des choses entre les étoiles, encore moins que c'était turbulent», a déclaré Bell Burnell à la New Yorker en 2017, reflétant son observation historique. «C’est l’une des choses qui a découlé de la découverte des pulsars: davantage de connaissances sur l’espace entre les étoiles.»
En plus de prouver l'existence d'étoiles à neutrons, les pulsars ont également affiné notre compréhension de la physique des particules et fourni davantage de preuves pour la théorie de la relativité d'Einstein. «Comme ils sont très denses, ils ont un impact sur l'espace-temps», explique Fridolin Weber, physicien à la San Diego State University. "Si vous avez de bonnes données sur les pulsars, alors la théorie d'Einstein peut être testée par rapport aux théories concurrentes."
En ce qui concerne les applications pratiques, les pulsars sont presque aussi précis que les horloges atomiques, qui mesurent le temps avec plus de précision que toute autre chose grâce aux mouvements réguliers des atomes activés. Si nous devions jamais envoyer des astronautes loin dans l’espace, les pulsars pourraient servir de points de navigation, explique Weber. En fait, lorsque la NASA a lancé les sondes Voyager dans les années 1970, le vaisseau spatial incluait une carte de la position de notre Soleil dans la galaxie, basée sur 14 pulsars (bien que certains scientifiques l'aient critiquée car nous avons appris qu'il y en avait beaucoup plus dans la galaxie. qu'on ne le croyait auparavant).
Plus récemment, les scientifiques sont devenus optimistes quant à l'utilisation de pulsars pour détecter les ondes gravitationnelles, en les surveillant à la recherche d'anomalies minimes. Ces ondulations dans l'espace-temps, qui justifiaient Einstein et aidaient les scientifiques à comprendre l'impact des objets super massifs et denses sur l'espace, ont valu à leurs découvreurs le prix Nobel de physique 2017, tout comme Antony Hewish avait remporté le prix de Physique en 1974. (Bell Burnell n'était pas décerné le prix, peut-être en raison de son statut d'étudiante aux cycles supérieurs, comme elle le prétend, ou de son statut de femme, comme l'ont suggéré d'autres personnes.) Maintenant, les scientifiques envisagent d'utiliser des pulsars pour trouver des ondes gravitationnelles que même LIGO ne peut pas détecter.
Pourtant, de nombreuses questions demeurent quant au comportement des pulsars et à leur place dans la galaxie. «Nous ne comprenons toujours pas complètement l'électrodynamique exacte de ce qui produit les impulsions radio», explique Grindlay. Si les scientifiques pouvaient observer un pulsar dans un système binaire avec un trou noir - les deux objets interagissant l'un avec l'autre -, cela permettrait de mieux comprendre la nature de la physique et de l'univers. Grâce à de nouveaux télescopes, tels que le Square Kilometer Array en Afrique du Sud et le télescope sphérique à ouverture de cinq cents mètres (FAST) en Chine, les physiciens disposeront probablement de beaucoup plus de données avec lesquelles ils travailleront bientôt.
«Nous avons beaucoup de modèles sur la matière très dense et les objets [comme les pulsars], mais pour savoir ce qui se passe réellement et comment les décrire en détail, nous avons besoin de données de haute qualité», déclare Weber. «C'est la première fois que nous allons avoir ces données. L’avenir est vraiment excitant.
