Pulsar enfermé dans une bulle de supernova. Crédit :ESA/XMM-Newton/ L. Oskinova/M. Guerrero; CTIO/R. Gruendl/Y.H. Chu
Le centre technique de l'ESA aux Pays-Bas a commencé à utiliser une horloge à pulsar. Le système "PulChron" mesure le temps qui passe à l'aide d'impulsions radio de fréquence milliseconde provenant de plusieurs étoiles à neutrons à rotation rapide.
En activité depuis fin novembre, ce système de chronométrage basé sur des pulsars est hébergé dans l'installation de validation de chronométrage et géodésique Galileo de l'établissement ESTEC de l'ESA, à Noordwijk aux Pays-Bas, et s'appuie sur les observations continues d'un réseau de cinq radiotélescopes à travers l'Europe.
Les étoiles à neutrons sont la forme la plus dense de matière observable dans le cosmos, formé à partir du noyau effondré d'étoiles en explosion. Minuscule en termes cosmiques, de l'ordre d'une dizaine de kilomètres de diamètre, ils ont toujours une masse plus élevée que le Soleil de la Terre.
Un pulsar est un type d'étoile à neutrons en rotation rapide avec un champ magnétique qui émet un faisceau de rayonnement depuis son pôle. En raison de leur rotation - maintenue constante par leur densité extrême - les pulsars, vus de la Terre, semblent émettre des sursauts radio très réguliers - à tel point qu'en 1967 leur découvreur, L'astronome britannique Jocelyn Bell Burnell, ont d'abord considéré qu'ils pourraient être la preuve de « petits hommes verts ».
"PulChron vise à démontrer l'efficacité d'une échelle de temps basée sur les pulsars pour la génération et la surveillance de la synchronisation de la navigation par satellite en général, et Galileo System Time en particulier, " explique Stefano Binda, ingénieur en navigation, superviser le projet PulChron.
Horloges atomiques du Laboratoire de navigation de l'ESTEC :le conteneur à l'extrême droite de l'image abrite une horloge atomique maser à hydrogène actif - un ordre de grandeur plus précis que les masers à hydrogène passifs à bord de chaque satellite Galileo, eux-mêmes précis à une seconde en trois millions d'années. Le rack à sa gauche abrite des horloges au césium supplémentaires, avec un système de comparaison d'horloge à sa gauche et un système de distribution d'horloge pour envoyer des données aux utilisateurs visibles sur le côté gauche de l'image. Crédit :ESA - Anneke Le Floc'h
"Une échelle de temps basée sur des mesures de pulsar est typiquement moins stable qu'une échelle utilisant des horloges atomiques ou optiques à court terme mais elle pourrait être compétitive à très long terme, sur plusieurs décennies ou plus, au-delà de la durée de vie de toute horloge atomique individuelle.
"En outre, cette échelle de temps du pulsar fonctionne indépendamment de la technologie d'horloge atomique utilisée - elle ne repose pas sur des commutateurs entre les états d'énergie atomique, mais sur la rotation des étoiles à neutrons."
PulChron fournit des lots de mesures de pulsars à partir des cinq radiotélescopes de classe 100 m comprenant l'European Pulsar Timing Array - le radiotélescope de synthèse de Westerbork aux Pays-Bas, Le radiotélescope allemand Effelsberg, le télescope Lovell au Royaume-Uni, Le radiotélescope de Nançay en France et le radiotélescope de Sardaigne en Italie.
Cet effort multinational surveille 18 pulsars de haute précision dans le ciel européen pour rechercher d'éventuelles anomalies de synchronisation, preuves potentielles d'ondes gravitationnelles - fluctuations dans le tissu de l'espace-temps causées par de puissants événements cosmiques.
Pour PulChron, ces mesures par radiotélescope sont utilisées pour orienter la sortie d'une horloge atomique maser à hydrogène actif avec un équipement basé dans l'installation de validation de synchronisation et de géodésie Galileo - combinant son extrême stabilité à court et moyen terme avec la fiabilité à long terme des pulsars. Un enregistrement « horloge papier » est également généré à partir des mesures, pour les contrôles post-traitement ultérieurs.
Mise en place du système PulChron, régler une horloge atomique à l'aide d'impulsions à l'échelle de la milliseconde provenant de pulsars à rotation rapide. Les mesures du radiotélescope sont utilisées pour orienter la sortie d'une horloge atomique maser à hydrogène actif avec un équipement basé dans l'installation de validation de synchronisation et de géodésie Galileo de l'ESA, combinant son extrême stabilité à court et moyen terme avec la fiabilité à long terme des pulsars. Un enregistrement « horloge papier » est également généré à partir des mesures, pour plus tard, contrôles post-traitement. Crédit :Agence spatiale européenne
L'ESA a créé le Timing and Geodetic Validation Facility au tout début du programme Galileo, d'abord pour préparer les deux satellites d'essai GIOVE de l'ESA puis en soutien du système mondial Galileo, basé sur « Galileo System Time » qui doit rester précis à quelques milliardièmes de seconde. L'installation continue de servir d'étalon indépendant des performances de Galileo, relié à des stations de surveillance à travers le monde, ainsi qu'un outil d'investigation des anomalies.
Stefano ajoute :« Le TGVF a fourni une opportunité parfaite pour accueillir le PulChron car il est capable d'intégrer ces nouveaux éléments avec peu d'effort, et a une longue tradition dans les applications temporelles, ayant même été utilisé pour synchroniser le décalage de temps et de fréquence des satellites Galileo eux-mêmes."
La précision de PulChron est surveillée jusqu'à quelques milliardièmes de seconde à l'aide du laboratoire UTC adjacent de l'ESA, qui exploite trois de ces horloges maser atomiques à hydrogène plus un trio d'horloges au césium pour produire un signal de synchronisation hautement stable, contribuer à la fixation du Temps Universel Coordonné, UTC – l'heure du monde.
Le détournement progressif de l'heure du pulsar par rapport à l'heure UTC de l'ESTEC peut donc être suivi - anticipé à un rythme d'environ 200 billions de seconde par jour.
