Une loupe pour un pulsar

Les astronomes ont découvert un pulsar doté de sa propre loupe, grâce à son compagnon nain brun déchiré en lambeaux.

Le pulsar PSR B1957 + 20 est visible à l'arrière-plan à travers le nuage de gaz qui enveloppe son compagnon nain brun.
Mark A. Garlick / Institut d'astronomie et d'astrophysique de Dunlap, Univ. de Toronto

Dans un système distant de 6 500 années-lumière, un pulsar et un nain brun dansent un derviche cosmique qui se fouettent les uns les autres toutes les neuf heures. Leur danse ne va pas durer - en plus de son faisceau d'ondes radio en forme de phare, le pulsar PSR B1957 + 20 dégage un vent féroce de particules qui balaye lentement son compagnon. Pour cette raison, le pulsar a reçu le nom de «veuve noire», en référence à l'espèce d'araignée qui mange son compagnon.

Mais avant que le repas soit terminé, la naine brune a quelque chose à nous offrir: une loupe qui expose le pulsar dans des détails incroyables.

Le système entier est minuscule: la naine brune a la taille de Jupiter et le pulsar n’est que la taille de Manhattan; la distance qui les sépare est environ cinq fois la distance entre la Terre et la Lune. Du point de vue de la Terre, la naine brune est assez grosse pour éclipser le pulsar pendant 40 minutes à chaque fois qu’elles s’entourent.

C'est cette géométrie privilégiée qui donne à la naine brune son pouvoir grossissant. Si vous avez déjà admiré les magnifiques schémas de lumière le long d'un rivage, vous avez regardé la lumière se plier lorsqu'elle traverse l'eau. Les vagues dans l’eau concentrent la lumière du soleil pour créer ces motifs tortillants sur le sable. Le cocon de plasma autour de la naine brune a un effet similaire sur le faisceau du phare du pulsar: lorsque tout se met bien en place, nous voyons le pouls des ondes radio traverser le plasma, qui concentre le rayonnement.

La lumière du soleil se plie lorsqu'elle traverse l'eau. Les vagues dans l'eau ont concentré la lumière dans le motif observé ici. Un effet similaire se produit lorsque les émissions radio du pulsar traversent le plasma entourant la naine brune.

Ce n'était pas évident que cela devrait arriver. Mais en 2014, Robert Main (Université de Toronto) et ses collègues ont observé une orbite complète de 9, 2 heures à l'aide du télescope William E. Gordon de 305 mètres à l'observatoire d'Arecibo. Juste avant et juste après chaque éclipse de pulsar, ils ont vu les impulsions radio s'allumer. De plus, les impulsions se sont éclairées de différentes manières à différentes fréquences, exactement comme prévu pour un événement de lentille.

“L’autre chose spectaculaire qui se produit”, explique Main, “est que l’émission des deux pôles du pulsar n’est pas amplifiée de la même manière. Il y a des moments où les émissions d'un pôle sont fortement augmentées, tandis que l'autre n'est pas affecté.

En d’autres termes, les lens gazeuses autour de la naine brune grossissaient parfois l’émission du pôle nord du pulsar et parfois de son pôle sud ne résolvant que deux zones d’émission de 10 km (6 milles) à part 6500 années-lumière. Cela équivaut à résoudre une puce sur la surface de Pluton à l'aide de télescopes terrestres. (Pour référence, New Horizons a volé juste à côté de Pluton et n'a toujours résolu que des fonctionnalités de 80 mètres de large!) L'équipe a publié ses résultats dans Nature .

Comme le souligne Jason Hessels (Université d’Amsterdam, Pays-Bas), ce n’est pas la première fois que les astronomes voient la lentille à plasma. D'autres exemples incluent les quasars distants et le pulsar de la nébuleuse du crabe. Pourtant, il a fallu 30 ans entre la découverte du PSR B1957 + 20 et la détection de son objectif. Selon Hessels, l'augmentation de la puissance de calcul a permis aux astronomes d'examiner les changements à l'échelle de la microseconde sur plusieurs fréquences radio. Il conclut: "L'avenir est brillant pour l'utilisation de pulsars pour illuminer l'univers invisible."