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Pourquoi les pulsars millisecondes apparaissent-ils souvent dans des amas globulaires ? Quel est leur lien mystérieux ?
Les pulsars millisecondes (MSP) sont des pulsars dont la période est inférieure à dix millisecondes, et l'une des principales préoccupations est de savoir pourquoi on les trouve souvent dans des amas globulaires. Les environnements denses de ces amas peuvent être liés au processus de formation des pulsars millisecondes, posant un problème astronomique intéressant et important.
On pense généralement que les pulsars millisecondes ont évolué à partir de systèmes binaires à rayons X de faible masse.
La théorie traditionnelle soutient que les pulsars millisecondes sont de vieilles étoiles à neutrons qui ont absorbé de la matière et accéléré leur vitesse. Dans un tel système binaire, les couches externes de l'étoile compagnon peuvent s'écouler dans le disque d'accrétion de l'étoile à neutrons, ce qui peut accélérer la rotation du pulsar jusqu'à des centaines de fois par seconde, ce qui est exactement ce que nous observons. Caractéristiques des pulsars millisecondes.
Cependant, avec les progrès de la technologie d’observation, les astronomes ont découvert qu’un seul modèle évolutif ne peut pas expliquer tous les pulsars millisecondes. En particulier pour certains jeunes pulsars millisecondes qui ont des intensités de champ magnétique relativement élevées, comme PSR B1937+21, dans ces cas, les chercheurs ont proposé au moins deux processus de formation différents. Les mécanismes spécifiques de ces processus restent un mystère.
On connaît actuellement environ 130 pulsars millisecondes situés dans des amas globulaires.
L’étude a révélé que les environnements de ces amas globulaires sont particulièrement denses, ce qui signifie que les chances que les pulsars capturent des compagnons ou interagissent avec d’autres étoiles sont considérablement augmentées. Prenons l'exemple de Terzan 5, qui contient 37 pulsars millisecondes. Un autre amas d'étoiles célèbre, 47 Tucanae, compte également 22 pulsars découverts. Ces pulsars prolifiques offrent aux astronomes de précieuses opportunités de recherche.
Limite de vitesse de rotation du pulsar
Découvert pour la première fois en 1982, le pulsar milliseconde PSR B1937+21 tourne à une vitesse d'environ 641 fois par seconde, ce qui en fait le deuxième pulsar le plus rapide à ce jour. PSR J1748-2446ad a été découvert en 2004 et tourne 716 fois par seconde, ce qui en fait le pulsar le plus rapide connu.
Les modèles actuels prédisent qu’un pulsar s’effondrera lorsqu’il tournera plus vite qu’environ 1 500 fois par seconde.
Ces phénomènes ont non seulement déclenché des études approfondies sur la structure et l’évolution des étoiles à neutrons, mais nous ont également fait repenser la relation entre la vitesse de rotation et les ondes gravitationnelles. Des études ont montré que les pulsars qui tournent plus de 1 000 fois par seconde perdent de l’énergie en raison du rayonnement gravitationnel, et divers projets d’observation actuellement en cours devraient apporter un éclairage supplémentaire sur cette possibilité.
Détection d'ondes gravitationnelles à l'aide de pulsars
Les ondes gravitationnelles sont une prédiction importante de la théorie générale de la relativité d'Einstein, résultant du mouvement à grande échelle de la matière et des fluctuations de l'univers primitif. Les pulsars à rotation rapide ont des propriétés d’horloge uniques qui en font des candidats idéaux pour l’étude des ondes gravitationnelles. On dit qu’en surveillant les signaux émis par les pulsars, les scientifiques peuvent détecter les fluctuations de l’espace-temps causées par les ondes gravitationnelles.
Cette idée remonte à la fin des années 1970 et a continué à se développer au fil du temps.
Avec l’émergence des systèmes de capture de données numériques et l’utilisation de nouveaux radiotélescopes, diverses techniques d’étalonnage et d’analyse sont devenues de plus en plus matures, et la sensibilité des pulsars en tant que détecteurs d’ondes gravitationnelles a été améliorée à plusieurs reprises. Chaque publication de données du projet NANOGrav, qui a débuté en 2013, a montré des limites plus précises sur le fond d'ondes gravitationnelles. En 2023 notamment, les données récemment publiées ont montré la première preuve du fond d'ondes gravitationnelles, apportant une fois de plus des découvertes rafraîchissantes à la communauté astronomique.
Les caractéristiques particulières des pulsars millisecondes en font une fenêtre ouverte sur la compréhension de l'univers. Ils peuvent non seulement détecter les ondes gravitationnelles, mais aussi fournir des données précieuses pour l'étude de l'évolution stellaire, des exoplanètes, des champs gravitationnels, etc. La découverte initiale de planètes autour des pulsars a conduit les humains à réfléchir davantage à la possibilité de vie dans l’univers. Et à mesure que notre connaissance de ces mystères s’approfondit, y aura-t-il d’autres mystères inconnus de l’univers qui attendent notre exploration ?
