Ce concept d'artiste montre les deux jets d'un pulsar. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
Il y a 50 ans, il y a 50 ans, il y a un peu de « bruit » dans les données scientifiques, des pulsars ont été découverts, des corps stellaires denses en rotation rapide qui semblent pulser sur Terre.
L'astronome Jocelyn Bell a fait la découverte fortuite à l'aide d'un vaste radiotélescope à Cambridge, Angleterre. Bien qu'il ait été conçu pour mesurer les scintillements de luminosité aléatoires d'une catégorie différente d'objets célestes appelés quasars, le télescope de 4,5 acres a produit des marques inattendues sur l'enregistreur de données papier de Bell toutes les 1,33730 secondes. Les traces de stylo représentant la luminosité radio ont révélé un phénomène inhabituel.
"Les pouls étaient si réguliers, un peu comme une horloge, que Bell et son superviseur Anthony Hewish ne pouvaient pas croire qu'il s'agissait d'un phénomène naturel, " a déclaré Zaven Arzoumanian du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Une fois qu'ils en ont trouvé une seconde, troisième et quatrième, ils ont commencé à penser différemment."
Les objets stellaires inhabituels avaient déjà été prédits mais jamais observés. Aujourd'hui, les scientifiques en connaissent plus de 2, 000 pulsars. Ces étoiles à neutrons "phares" en rotation commencent leur vie en tant qu'étoiles entre sept et vingt fois la masse de notre soleil. Certains tournent des centaines de fois par seconde, plus rapide que les lames d'un mixeur domestique, et ils possèdent des champs magnétiques extrêmement puissants.
Les étoiles à neutrons les plus connues sont observées sous forme de pulsars, émettant étroit, faisceaux de rayonnement balayant. Ils compressent jusqu'à deux masses solaires dans un volume de la taille d'une ville, écraser la matière aux densités stables les plus élevées possibles. Pour explorer ces états exotiques de la matière, NICER mesure les émissions de rayons X à travers les surfaces des étoiles à neutrons lorsqu'elles tournent, confrontant finalement les prédictions de la théorie de la physique nucléaire. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
Les progrès technologiques du dernier demi-siècle ont permis aux scientifiques d'étudier ces objets stellaires compacts depuis l'espace en utilisant différentes longueurs d'onde de la lumière, surtout celles beaucoup plus énergétiques que les ondes radio reçues par le télescope de Cambridge. Plusieurs missions actuelles de la NASA continuent d'étudier ces balises naturelles.
L'explorateur de composition intérieure de l'étoile à neutrons, ou PLUS BEAU, est la première mission de la NASA dédiée à l'étude des pulsars. En hommage à l'anniversaire de la découverte de Bell, NICER a observé le fameux premier pulsar, connu aujourd'hui sous le nom de PSR B1919+21.
NICER a été lancé vers la Station spatiale internationale début juin et a commencé ses opérations scientifiques le mois dernier. Ses observations aux rayons X - la partie du spectre électromagnétique dans laquelle ces étoiles rayonnent à la fois à partir de leurs surfaces solides à un million de degrés et de leurs champs magnétiques puissants - révéleront comment les forces fondamentales de la nature se comportent au sein des noyaux de ces objets, un environnement qui n'existe pas et ne peut être reproduit nulle part ailleurs. « Qu'y a-t-il à l'intérieur d'un pulsar ? est l'une des nombreuses questions d'astrophysique de longue date sur ces ultra-denses, rotation rapide, objets puissamment magnétiques.
Le « truc » des pulsars est une collection de particules familières aux scientifiques après plus d'un siècle d'études en laboratoire sur Terre :les neutrons, protons, électrons, et peut-être même leurs propres électeurs, appelés quarks. Cependant, dans des conditions aussi extrêmes de pression et de densité, leur comportement et leurs interactions ne sont pas bien compris. Nouveau, mesures précises, en particulier des tailles et des masses de pulsars sont nécessaires pour cerner les théories.
NICER est actuellement installé sur la Station spatiale internationale. Cette animation de plaque tournante de la charge utile indique les emplacements de la caméra de suivi des étoiles de NICER, électronique, mécanisme de fixation de station spatiale, 56 pare-soleil, actionneurs de pointage et actionneur de rangement/déploiement. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
"De nombreux modèles de physique nucléaire ont été développés pour expliquer comment la composition des étoiles à neutrons, en fonction des données disponibles et des contraintes qu'elles fournissent, " a déclaré Keith Gendreau de Goddard, l'investigateur principal de NICER. "La sensibilité de NICER, La résolution énergétique des rayons X et la résolution temporelle les amélioreront en mesurant plus précisément leurs rayons, à une amélioration d'un ordre de grandeur par rapport à l'état de l'art actuel."
La mission ouvrira également la voie à une future exploration spatiale en aidant à développer une capacité semblable au système de positionnement global pour la galaxie. L'explorateur de stations intégré pour la technologie de synchronisation et de navigation par rayons X, ou SEXTANT, La démonstration utilisera les observations aux rayons X de NICER des signaux de pulsar pour déterminer la position exacte de NICER en orbite.
"Vous pouvez chronométrer les pulsations des pulsars répartis dans de nombreuses directions autour d'un vaisseau spatial pour déterminer où se trouve le véhicule et le diriger n'importe où, " dit Arzoumanian, qui est également le responsable scientifique de NICER. "C'est exactement comme ça que fonctionne le système GPS sur Terre, avec des horloges précises pilotées sur des satellites en orbite."
Les scientifiques ont testé cette méthode à l'aide de simulations sur ordinateur et en laboratoire. SEXTANT présentera pour la première fois dans l'espace une navigation basée sur des pulsars.
NICER-SEXTANT est la première mission d'astrophysique dédiée à l'étude des pulsars, 50 ans après leur découverte. "Je pense que cela va produire beaucoup plus de découvertes scientifiques que nous ne pouvons l'anticiper maintenant, " dit Gendreau.
