Finger on the pulsars

Point de mire : les pulsars

À l'Université McGill, des astrophysiciens surveillent de près les pulsars pour tenter de mieux comprendre les mystères de l'univers
1 mai 2005
Dans sa quête perpétuelle des vérités fondamentales qui régissent notre monde et l’univers tout entier, Victoria Kaspi prend un moment pour réfléchir à une question précise. À quelle vitesse une étoile à neutrons peut-elle tourner?
 

Cette question ne ressemble pas à celles que se posent les gens « ordinaires » : ceux-là s’interrogent plutôt sur le sens de la vie et sur leur place dans l’univers. Mais Vicky Kaspi n’est pas une personne ordinaire.

Cette astrophysicienne a consacré une bonne partie de sa carrière à étudier les pulsars et les étoiles à neutrons pour tenter de percer les secrets du cosmos. « Il est tellement plus facile d’essayer de comprendre l’univers que de tenter de découvrir comment les choses fonctionnent sur Terre », dit en riant Vicky Kaspi, professeure adjointe à l’Université McGill, à Montréal, et titulaire d’une chaire de recherche du Canada en astrophysique d'observation. « Il est vraiment agréable de savoir que nous sommes dans un univers prévisible, quantifiable et compréhensible. Une fois que nous aurons compris comment il fonctionne, nous pourrons appliquer ces connaissances ici, sur Terre. »

Victoria Kaspi cherche inlassablement les évanescents pulsars, susceptibles de nous renseigner sur la nature de la matière extrêmement dense qui se trouve au cœur des étoiles à neutrons et, qui sait, sur des questions plus fondamentales concernant l’univers. Les chercheurs estiment que la Voie lactée, notre galaxie, contient de 50 000 à 100 000 pulsars. Vicky Kaspi les traque au moyen de puissants télescopes. Ces appareils enregistrent les flux massifs de données numériques qui servent à mesurer les émissions de rayons X ou de signaux radio émanant des pulsars.

L’été dernier, Scott Ransom, boursier de recherches postdoctorales et membre de l’équipe de Vicky Kaspi, a découvert non pas un, mais bien 20 pulsars. Scott Ransom, Vicky Kaspi et un étudiant de troisième cycle, Jason Hessels, ont repéré le groupe de pulsars dans un amas globulaire nommé Terzan 5. « La chance aidant, il est parfois possible de découvrir un pulsar, indique Kaspi. Or, cette fois, il y en avait 20 ! Il s’agit d’une découverte spectaculaire. Ce n’est pas le genre de chose qui se produit tous les jours. »

La plupart d’entre nous seraient découragés par les calculs mathématiques, la formidable puissance informatique et les observations astronomiques nécessaires pour étudier les pulsars. Ce n’est pas le cas de Vicky Kaspi ni de ses étudiants.

Pour repérer les pulsars, les chercheurs de McGill ont mis à contribution le superordinateur Beowulf de l’université, qui a effectué le traitement et l’analyse des échantillons de données numériques enregistrées. Beowulf leur a permis de manipuler les quantités phénoménales de données nécessaires au projet. « Nous n’aurions pu faire ces découvertes sans l’appui de la FCI », a souligné Vicky Kaspi.

Pour le moment, la professeure Kaspi et ses collègues, qui veulent en apprendre davantage sur les étoiles à neutrons, s’intéressent à leur vitesse de rotation. Ils ont déjà repéré des pulsars dont la vitesse de rotation atteint de 10 % à 15 % celle de la lumière.

« Selon Einstein, rien ne peut se déplacer à une vitesse supérieure à celle de la lumière », mentionne Vicky Kaspi. Elle ajoute que si des chercheurs découvraient une étoile à neutrons dont la vitesse de rotation atteint cette limite, cela signifierait probablement que ces étoiles ont un diamètre inférieur à 20 km, puisque l’inverse irait à l’encontre de la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Retombées

Contrairement à la recherche appliquée, qui débouche sur des résultats concrets — comme le tout dernier grille-pain ou four micro-ondes —, la recherche fondamentale menée en astronomie ne produit pas de résultats aussi tangibles ni prévisibles. Assez fréquemment, les avantages que la société en tire sont le fruit d’un « heureux hasard », indique la professeure Kaspi.

« Il y a 10 ans, l’environnement de recherche n’était pas très attrayant au Canada. Revenir au pays aurait été plus difficile, dit Vicky Kaspi. Mais à l’heure actuelle, notamment grâce à la FCI et aux chaires de recherche du Canada, les sciences bénéficient de ressources importantes. Je crois que c’est un moment particulièrement propice pour revenir au Canada. »

Elle donne l’exemple des scientifiques qui, au XVIIIe siècle, se sont amusés à étudier des fragments de roches magnétisées. Ils ne se rendaient pas compte, à l’époque, qu’ils étaient en train de mettre au jour les lois fondamentales de l’électromagnétisme, qui ont par la suite conduit à l’électricité, aux ondes radio et, au bout du compte, à l’omniprésent téléphone cellulaire.

 

Bien que Vicky Kaspi ne sache pas exactement à quoi aboutiront ses recherches, elle sait cependant que l’astrophysique et l’astronomie exercent une fascination sur l’imaginaire populaire. Elle estime que ces disciplines, en offrant aux enfants et aux adultes des sujets qui les captivent et qu’ils sont en mesure de comprendre, peuvent les initier au monde des sciences d’une excellente façon.

« L’attrait pour l’astronomie est un fabuleux atout qui peut favoriser le développement d’une culture scientifique et attirer la prochaine génération de chercheurs, dont certains pourraient s’intéresser aux recherches sur le cancer, par exemple, mentionne Vicky Kaspi. L’astronomie a des adeptes partout sur la planète ».

Avec l’intensification de l’exploration spatiale, ses recherches sur les pulsars pourraient trouver, à terme, une application éminemment pratique. Certains chercheurs ont déjà breveté des pulsars pour qu’ils servent de balises de navigation interstellaire. Bien que tous les pulsars aient une vitesse de rotation différente, les pulsations qu’ils émettent sont régulières. C’est pourquoi il est littéralement possible de régler sa montre, ou son satellite, sur ces pulsations. Si celles-ci pouvaient être captées à la milliseconde, les pulsars pourraient rivaliser avec les horloges atomiques les plus précises.

Pour ceux qui sont en mesure d’envisager, au-delà de la science-fiction, la « science-réalité », cela signifie que les « vaisseaux Entreprise » de l’avenir pourraient se lancer à la recherche de nouveaux mondes et de nouvelles civilisations, guidés par les pulsars. « En dernier ressort, ces recherches pourraient avoir des applications que nous ne sommes même pas en mesure de soupçonner », indique la professeure Kaspi.

Partenaires

L’agence spatiale américaine, la NASA, fait partie des organismes de recherche et d’exploration qui s’intéressent au travail de Victoria Kaspi sur les pulsars et les étoiles à neutrons. La scientifique a collaboré avec des chercheurs de la NASA à la rédaction d’articles présentant les résultats de leurs travaux sur les magnétoiles. Les magnétoiles sont un type d’étoiles à neutrons dont les champs magnétiques sont mille billions de fois plus puissants que le champ magnétique terrestre.

« Il y a beaucoup de choses que nous ignorons au sujet de la matière à densité extrême, en présence des champs magnétiques les plus puissants », indique Jean Swank, responsable scientifique à la NASA du satellite à rayons X utilisé par Victoria Kaspi pour surveiller les périodes de pulsation des pulsars. « Ces étoiles à neutrons, pour moi, sont la dernière étape avant les trous noirs. »

Des scientifiques comme Victoria Kaspi et Jean Swank révèlent de nouvelles données sur les propriétés de la matière et d’autres lois fondamentales du cosmos. Leurs travaux sur les étoiles à neutrons et les changements brusques de vitesse de rotation des pulsars ainsi que leurs observations fondées sur les rayons X et les ondes radio permettent d’en apprendre davantage sur ce qui se passe au cœur de ces étoiles inhabituelles.

Les étoiles à neutrons et les pulsars ne sont pas des éléments insignifiants dans l’univers, précise Jean Swank. « Si des étoiles à neutrons fusionnaient au cœur de la Voie lactée, on pourrait assister à un sursaut gamma qui affecterait profondément notre galaxie. »

Selon Jean Swank et Vicky Kaspi, il est plus que jamais important de tenter d’appréhender notre univers. « Il est impossible de répondre à des questions fondamentales comme « Comment l’univers a-t-il vu le jour? » ou « Que va-t-il se passer? » sans savoir si les différents aspects des lois de la physique qui s’appliquent en principe, telles que la relativité générale, demeurent valables, précise Jean Swank. Il faut donc valider les conséquences. »

Pour en savoir plus

Apprenez-en plus au sujet des pulsars et la nébuleuse du Crabe. (Site anglophone)

C’est en 1905 qu’Albert Einstein a rédigé les articles légendaires qui jetaient les bases de trois domaines fondamentaux de la physique. L’Année mondiale de la physique, en 2005, célèbre le centième anniversaire des écrits d’Einstein. (Site anglophone)