Le
rayonnement 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
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.
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