Un amas d'étoiles peuplé de pulsars

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Un amas globulaire très dense, situé à proximité de notre galaxie de la Voie lactée, abrite un véritable nid de pulsars à rotation rapide, selon une équipe d'astronomes de McGill et d'autres établissements de recherche.

L'équipe a fait connaître les résultats de ses observations aujourd'hui, à l'occasion d'une réunion de la Société américaine d'astronomie, qui s'est tenue à San Diego, et les a diffusés dans la revue en ligne Science Express, en attendant leur publication dans Science, le journal affilié.

« Nous avons littéralement décroché le gros lot en observant cet amas », a révélé le chercheur principal de ce projet, M. Scott Ransom, qui faisait des recherches postdoctorales à McGill lorsque plusieurs pulsars ont été découverts.

Grâce au télescope Green Bank de la Fondation nationale des sciences des États-Unis, en Virginie occidentale, M. Ransom et ses collègues ont découvert 21 nouveaux pulsars dans cet amas. Baptisé Terzan 5, cet amas a la particularité d'abriter 24 pulsars, ce qui constitue un record.

« Non seulement cet amas est-il le foyer d'un nombre considérable de pulsars, mais ceux-ci sont très intéressants. Au moins 13 d'entre eux sont unis en systèmes binaires et ce sont les quatrièmes pulsars à rotation la plus rapide de tout amas globulaire connu; les deux pulsars les plus rapides affichent pour leur part une rotation de près de 600 tours par seconde, ce qui équivaut à environ la vitesse de rotation d'un robot ménager », a ajouté M. Ransom.

« Cette étonnante découverte équivaut à trouver plusieurs aiguilles dans une botte de foin géante, cette dernière étant l'énorme quantité (calculée en téraoctets) de données recueillies par télescope », a précisé Victoria Kaspi, professeure d'astrophysique à l'Université McGill et membre de l'équipe. « Nous n'aurions pu y parvenir sans les ressources informatiques très performantes de McGill », a-t-elle ajouté.

Les amas globulaires peuvent abriter jusqu'à un million d'étoiles, toutes formées à peu près en même temps. L'étoile à neutrons résulte pour sa part de l'explosion d'une étoile massive parvenue au terme de son existence. Les pulsars sont des étoiles à neutrons extrêmement denses qui tournent sur elles-mêmes et émettent périodiquement un signal radioélectrique, selon le principe des phares.

Lorsqu'une étoile à neutrons s'associe à une étoile « normale », sa puissante force d'attraction gravitationnelle peut arracher de la matière à l'étoile compagnon et l'attirer vers l'étoile à neutrons. Ce phénomène contribue aussi au transfert d'une partie de la rotation de l'étoile à l'étoile à neutrons, ce qui a pour effet de « transformer » cette dernière en pulsar à rotation ultrarapide (de l'ordre de la milliseconde). Dans Terzan 5, tous les pulsars découverts affichent une vitesse de rotation rapide du fait de ce processus.

« Ces extraordinaires pulsars vous nous occuper pendant plusieurs années », a souligné Jason Hessels, étudiant de doctorat au département de physique de McGill.

Des astronomes avaient déjà découvert trois pulsars dans Terzan 5, éloignés de quelques 28 000 années-lumière de la constellation du Sagittaire, mais se doutaient qu'il y en avait davantage. Le 17 juillet 2004, Scott Ransom et ses collègues ont découvert 14 nouveaux pulsars en l'espace de six heures, ce qui, pour une seule observation, constitue un record. Huit observations supplémentaires effectuées entre juillet et novembre 2004 ont permis de découvrir sept autres pulsars. Les données recueillies par les astronomes semblent par ailleurs démontrer qu'il existe plusieurs autres pulsars, dont l'existence devra néanmoins être confirmée.

Les futures études des pulsars de Terzan 5 aideront les scientifiques à comprendre la nature de cet amas et les interactions complexes des étoiles qui se trouvent en son cœur. Plusieurs pulsars devraient par ailleurs fournir d'abondantes informations scientifiques. La matière de l'étoile à neutrons est aussi dense que celle d'un noyau atomique, d'où son intérêt pour la physique nucléaire et l'astrophysique.

« La découverte de ces pulsars est un événement extraordinaire, mais l'aventure ne fait que commencer », a mentionné M. Ransom. « Maintenant, nous pouvons les utiliser comme un laboratoire cosmique et en retirer des informations riches et précieuses », a-t-il souligné.

Outre Scott Ransom, qui fait désormais partie de l'équipe scientifique de l'Observatoire national de radioastronomie de Charlottesville, en Virginie, Victoria Kaspi et Jason Hessels, l'équipe de recherche se composait d'Ingrid Stairs de l'Université de Colombie-Britannique, de Paulo Freire de l'Observatoire d'Arecibo à Puerto Rico, de Fernando Camilo de l'Université Columbia et de David Kaplan de l'Institut de technologie du Massachusetts.

La recherche sur les pulsars a bénéficié de l'appui de la Fondation canadienne pour l'innovation, Recherches en sciences naturelles et en génie Canada, du Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies, de l'Institut canadien de recherches avancées, du Programme des chaires de recherche du Canada et de la Fondation nationale des sciences.