Depuis 2008, le télescope LAT du satellite Fermi de la Nasa effectue un relevé systématique, toutes les trois heures, du rayonnement gamma d'une majorité du ciel. Coordonné par la France, son catalogue recense aujourd'hui plus de 7000 sources dont, tel que le quantifie une nouvelle compilation, 340 pulsars ; alors même que seuls 11 avaient été détectés avant la mise sur orbite du satellite.
Comme un phare dans la nuit
Pour rappel, un pulsar provient de la fin de vie d'une étoile massive : la transformation de son cœur en neutrons provoque son explosion en supernova tout en donnant naissance à un pulsar. Un pulsar est donc une étoile à neutrons, dont la masse est 1,2 à 2,2 fois celle du Soleil pour un diamètre de seulement 25 km, qui tourne très rapidement sur elle-même. La rotation de son champ magnétique crée un champ électrique pouvant accélérer des particules qui émettent alors des faisceaux de rayonnement radio et gamma (30 MeV- 30 GeV).
À ce jour 3400 pulsars sont connus en ondes radio et 340 en rayons gamma, principalement dans la Voie Lactée. Ces derniers se divisent en deux catégories : les jeunes, d'un millier à un million d'années ; les anciens, des milliers de fois plus âgés, rayonnant surtout en gamma avec une période de rotation pouvant atteindre la milliseconde. Avant Fermi, la communauté de l'astronomie gamma ignorait que ces derniers, baptisés MSP (pulsar milliseconde), pouvaient même être détectés aux hautes énergies.
Rayonnement radio ou gamma
Pendant une quinzaine d'années, la collaboration a mis en œuvre une approche triple afin de mieux caractériser les pulsars gamma et notamment les MSP :
- Mesurer en permanence des pulsars via des radiotélescopes ;
- Chercher de nouveaux pulsars radio dans les sources de rayons gamma de Fermi ;
- Trouver des pulsars sans contrepartie radio, en cherchant une périodicité dans les temps d'arrivée des photons gamma enregistrés par le LAT, grâce au calcul informatique.
En effet, tel que l'explique Jean Ballet chef du projet au CEA-Irfu : « Nous avons besoin des deux types d'observations car, si Fermi fournit des images très contrastées dans lesquelles il est « simple » d'identifier des pulsars gamma, il est plus « facile » de déterminer leurs variations temporelles via le rayonnement radio. »
Cliquez sur la carte interactive des 340 pulsars gamma
La nouvelle compilation précise ainsi des informations sur les « courbes de lumière » des pulsars gamma ainsi que sur leur spectre. Ces courbes de lumière renseignent les variations temporelles des flashs lumineux ; c'est-à-dire à quelle phase de la période se situe l'émission du pulsar et sur quelle durée. Quant à l'analyse spectrale, à laquelle contribuent principalement les équipes du CEA-Irfu, elle permet de mesurer l'énergie des photons gamma. Tout cela est utilisé pour classer les pulsars en fonction de leur puissance, relative à l'énergie de rotation perdue par seconde du fait de leur rayonnement. C'est ainsi que les chercheurs avancent par exemple sur la définition des seuils à partir desquels les pulsars vont émettre en radio ou en gamma.
Nombreuses demeurent les inconnues autour des phénomènes induisant l'émission de ces faisceaux gamma ou radio. Les scientifiques cherchent notamment à pouvoir localiser dans la magnétosphère de ces étoiles à neutrons l'origine même des flashs lumineux. Il se trouve aussi que ces pulsars sont de précieux outils pour que les astrophysiciens progressent sur deux « applications » : la mesure de la masse des étoiles à neutrons, et les ondes gravitationnelles de très basses fréquence.