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Découvrir les secrets des pulsars millisecondes : pourquoi tournent-ils si vite ?
Les pulsars millisecondes (MSP) sont des pulsars dont la période de rotation est inférieure à dix millisecondes. Ces étoiles ont attiré l'attention des astronomes grâce à leurs vitesses de rotation étonnantes. Ils sont détectés dans les parties radio, X et gamma du spectre électromagnétique. On suppose que les pulsars millisecondes se forment par accrétion de matière provenant d'une étoile compagnon dans un système binaire, ce qui fait que ces vieilles étoiles à neutrons tournent plus vite. Ils sont donc parfois appelés pulsars de recyclage.
On pense que les pulsars millisecondes sont liés aux galaxies binaires à rayons X de faible masse, et leur formation et leur évolution restent des sujets importants dans la recherche astronomique.
Origine des pulsars millisecondes
Les théories actuelles considèrent généralement que les pulsars millisecondes sont liés à des systèmes binaires à rayons X de faible masse. Lorsque la couche externe de l'étoile compagnon dans ces systèmes dépasse la limite de Roch, la matière s'écoule dans le disque d'accrétion de l'étoile à neutrons, ce qui provoque la rotation du pulsar. La vitesse augmente jusqu'à plusieurs centaines de tours par seconde. Il existe peut-être des preuves que les modèles évolutifs standards ne peuvent pas expliquer l'évolution de tous les pulsars millisecondes, en particulier de certains jeunes pulsars millisecondes dotés de champs magnétiques plus élevés.
Par exemple, PSR B1937+21 est un cas particulier, et des études ont montré que différents pulsars millisecondes peuvent être formés par au moins deux processus différents, et la nature du deuxième processus reste un mystère. On sait aujourd'hui que l'on trouve environ 130 pulsars millisecondes dans des amas globulaires, ce qui est cohérent avec l'hypothèse d'une accélération rotationnelle lors de leur formation, car une densité d'étoiles aussi élevée augmente la probabilité que les pulsars interagissent avec des étoiles compagnons géantes.
La limite de la vitesse de rotation du pulsar
En 1982, le premier pulsar milliseconde, PSR B1937+21, a été découvert, qui tourne à environ 641 tours par seconde. Le pulsar le plus rapide découvert jusqu'à présent est PSR J1748-2446ad, découvert en 2004 et qui tourne à 716 tours par seconde. Les modèles actuels de la structure et de l'évolution des étoiles à neutrons prédisent que si la vitesse de rotation dépasse 1 500 tours par seconde, l'étoile à neutrons se brisera, et lorsque la vitesse de rotation dépasse 1 000 tours par seconde, sa perte d'énergie dépassera l'effet d'accélération du processus d'accrétion. .
Bien que des candidats tels que XTE J1739-285 affichent des taux de rotation extrêmement élevés, un support statistique solide fait encore défaut.
Des observations ont montré que la vitesse de rotation des quasars est très probablement affectée par le rayonnement gravitationnel. Par exemple, l’IGR J00291+5934 tourne à une vitesse de 599 tours par seconde et est l’un des principaux candidats pour la future détection des ondes gravitationnelles. Les pulsars millisecondes, grâce à leur haute précision de mesure, peuvent être utilisés comme un outil sensible pour la détection environnementale. Ils peuvent détecter des corps célestes aussi petits que des astéroïdes dans la zone environnante et mesurer leur masse.
Détection des ondes gravitationnelles et chronométrage des pulsars
L'existence des ondes gravitationnelles est une prédiction clé de la théorie générale de la relativité d'Einstein. Ces ondes naissent du mouvement à grande échelle de la matière, des ondulations de l'univers primitif et de la dynamique de l'espace-temps lui-même. En tant qu’horloges de haute précision, les pulsars millisecondes ont un riche potentiel d’application en mécanique céleste, en sismologie des étoiles à neutrons et en astronomie galactique.
Les premières propositions visant à utiliser les pulsars comme détecteurs d’ondes gravitationnelles ont été rendues possibles par les avancées technologiques des appareils.
À la fin des années 1970, Sazhin et Detweiler ont proposé l’idée d’utiliser les pulsars comme détecteurs d’ondes gravitationnelles en imaginant un bras dans l’espace entre la Terre et le pulsar lointain. Grâce aux recherches de Foster et Backer en 1990, cette méthode a été encore améliorée, notamment pour l'application de pulsars millisecondes à haute stabilité.
Perspectives d'avenir
Les projets futurs pourraient permettre de sonder davantage le fond des ondes gravitationnelles en utilisant des techniques de chronométrage précises à partir des pulsars. En 2023, NANOGrav a publié les résultats de 15 années de données, qui ont montré de manière préliminaire l'existence d'un fond d'ondes gravitationnelles et mesuré pour la première fois la courbe de Hellings-Downs. Ce résultat a fourni une preuve expérimentale solide de la détection des ondes gravitationnelles.
L'étude des pulsars millisecondes enrichit non seulement notre compréhension de l'univers, mais peut également révéler de nombreux mystères non résolus. Alors, quelles nouvelles découvertes nous apporteront ces mystérieux corps célestes en rotation rapide ?
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