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Le sens des pulsars

En ayant l’idée d’appliquer à des objets astrophysiques les résultats de recherches appliquées, des chercheurs du Laboratoire plasma et conversion d’énergie, du Laboratoire d’optique appliquée de l’X et leurs collègues américains de Princeton et de Livermore ont mis au jour une piste pour déterminer le sens de rotation des pulsars.

Déterminer le sens des pulsars

Les pulsars comptent parmi les objets les plus fascinants du bestiaire astrophysique. Découverts en 1967, ils présentent la particularité d’émettre un signal radio avec une régularité parfaite, ce qui leur valut un temps d’être interprétés comme le fruit d’une intelligence extraterrestre cherchant à communiquer à travers le cosmos.

Aujourd’hui, les astrophysiciens ont compris qu’en fait d’extraterrestres, il s’agissait plus prosaïquement d’étoiles à neutrons, des reliquats d’étoiles géantes ayant explosé en supernova. Ayant conservé une bonne partie du moment cinétique de l’étoile dont elles sont issues mais sur un volume beaucoup plus restreint, ces étoiles à neutrons tournent sur elles-mêmes de façon ultra-rapide (typiquement de l’ordre de la seconde) en émettant un étroit faisceau radio.

Parallèlement, du côté de la physique des plasmas, Jean-Marcel Rax, professeur à l’X et à Paris XI et chercheur au LOA X-ENSTA, réfléchit depuis plusieurs années avec son ancien thésard de l'X Renaud Guéroult au potentiel des plasmas en tant que séparateurs d’isotopes, permettant par exemple de traiter les déchets nucléaires en réduisant leur volume.

Pour mesurer différentes caractéristiques de ces plasmas, Jean-Marcel Rax et Renaud Guéroult ont remis au goût du jour une notion un peu tombée dans l’oubli, l’effet Faraday mécanique : lorsqu’un objet en rotation est traversé par de la lumière, il fait tourner le plan de polarisation de la lumière, autorisant une mesure de la vitesse de rotation par le biais de cette même polarisation.

Cependant cet effet Faraday mécanique, extrêmement ténu, est difficile à mesurer. Renaud Guéroult et Jean-Marcel Rax ont alors eu l’idée de changer d’échelle, et de voir ce que cela pouvait donner sur de grandes machines à plasma naturelles, les pulsars. Et avec ses collègues Yuan Shi (Livermore) et Nathaniel Fisch (Princeton), ils ont démontré que sous certaines conditions, il était possible de distinguer cet effet Faraday mécanique dans les signaux de pulsars, et d’en déduire le sens de rotation du pulsar.

Ces résultats ouvrent la porte à des études plus étendues en astrophysique, qu’il s’agisse de la distribution à grande échelle du moment angulaire des pulsars ou encore des caractéristiques de leur magnétosphère.

 

Références :
Determining the rotation direction in pulsars,
Renaud Gueroult, Yuan Shi, Jean-Marcel Rax & Nathaniel J. Fisch
Nature Communications, 10, 3232 (2019)
DOI : 10.1038/s41467-019-11243-4