Crédit d'image: NASA
Il est possible que la vitesse de rotation des pulsars soit limitée par le rayonnement gravitationnel selon les nouvelles données recueillies par Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA - un phénomène prédit par Albert Einstein. Les scientifiques croient qu'à mesure qu'un pulsar accélère, il s'aplatit et les distorsions de sa forme lui font émettre des ondes de gravité qui l'empêchent de tourner si vite qu'il s'envole.
Selon un rapport publié dans le numéro du 3 juillet de Nature, le rayonnement gravitationnel, des ondulations dans le tissu spatial prédit par Albert Einstein, pourrait servir de dispositif de contrôle du trafic cosmique, protégeant les pulsars téméraires de la rotation trop rapide et de l'éclatement.
Les pulsars, les étoiles qui tournent le plus rapidement dans l'Univers, sont les restes de base des étoiles éclatées, contenant la masse de notre Soleil compressée dans une sphère d'environ 16 kilomètres de diamètre. Certains pulsars gagnent en vitesse en aspirant du gaz d'une étoile voisine, atteignant des vitesses de rotation de près d'une révolution par milliseconde, soit près de 20% de la vitesse de la lumière. Ces pulsars "millisecondes" se sépareraient s'ils gagnaient beaucoup plus de vitesse.
En utilisant Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA, les scientifiques ont trouvé une limite à la vitesse à laquelle un pulsar tourne et spéculent que la cause est le rayonnement gravitationnel: plus un pulsar tourne rapidement, plus il peut libérer de rayonnement gravitationnel, car sa forme sphérique exquise devient légèrement déformé. Cela peut restreindre la rotation du pulsar et le sauver de l’oblitération.
"La nature a fixé une limite de vitesse pour les rotations pulsar", a déclaré le professeur Deepto Chakrabarty du Massachusetts Institute of Technology, auteur principal de l'article de la revue. «Tout comme les voitures qui roulent sur une autoroute, les pulsars qui tournent le plus vite pourraient techniquement aller deux fois plus vite, mais quelque chose les arrête avant de se briser. Ce peut être un rayonnement gravitationnel qui empêche les pulsars de se détruire. »
Les co-auteurs de Chakrabarty sont les Drs. Edward Morgan, Michael Muno et Duncan Galloway du MIT; Rudy Wijnands, Université de St. Andrews, Écosse; Michiel van der Klis, Université d'Amsterdam; et Craig Markwardt, Centre de vol spatial Goddard de la NASA. Wijnands mène également une deuxième lettre Nature complétant cette découverte.
Les ondes gravitationnelles, analogues aux vagues sur un océan, sont des ondulations dans l'espace-temps à quatre dimensions. Ces ondes exotiques, prédites par la théorie de la relativité d'Einstein, sont produites par des objets massifs en mouvement et n'ont pas encore été directement détectées.
Créé dans une explosion d'étoile, un pulsar naît en rotation, peut-être 30 fois par seconde, et ralentit au cours de millions d'années. Pourtant, si le pulsar dense, avec son fort potentiel gravitationnel, est dans un système binaire, il peut tirer du matériel de son étoile compagnon. Cet afflux peut faire tourner le pulsar à la plage des millisecondes, en tournant des centaines de fois par seconde.
Dans certains pulsars, le matériau accumulé à la surface est occasionnellement consommé dans une explosion thermonucléaire massive, émettant une salve de rayons X qui ne dure que quelques secondes. Dans cette fureur se trouve une brève occasion de mesurer la rotation de pulsars autrement faibles. Les scientifiques rapportent dans Nature qu'un type de scintillement trouvé dans ces salves de rayons X, appelées «oscillations de salves», sert de mesure directe de la vitesse de rotation du pulsar. En étudiant les oscillations en rafale de 11 pulsars, ils n'en ont trouvé aucun tournant plus vite que 619 fois par seconde.
Le Rossi Explorer est capable de détecter les pulsars qui tournent aussi rapidement que 4000 fois par seconde. La rupture du pulsar devrait se produire entre 1 000 et 3 000 tours par seconde. Pourtant, les scientifiques n'en ont trouvé aucun aussi rapidement. > À partir de l'analyse statistique de 11 pulsars, ils ont conclu que la vitesse maximale observée dans la nature devait être inférieure à 760 tours par seconde.
Cette observation soutient la théorie d'un mécanisme de rétroaction impliquant des vitesses de pulsation limitant le rayonnement gravitationnel, proposée par le professeur Lars Bildsten de l'Université de Californie à Santa Barbara. Au fur et à mesure que le pulsar prend de la vitesse par accrétion, toute légère distorsion dans la croûte dense et métallique d'un demi-mille d'épaisseur de l'étoile permettra au pulsar de rayonner des ondes gravitationnelles. (Imaginez un ballon de rugby oblong qui tourne dans l'eau, ce qui provoquerait plus d'ondulations qu'un ballon de basket sphérique en rotation.) Un taux de rotation d'équilibre est finalement atteint où le mouvement angulaire perdu en émettant un rayonnement gravitationnel correspond à l'élan angulaire ajouté au pulsar par son compagnon étoile.
Bildsten a déclaré que les pulsars en millisecondes accrétants pourraient éventuellement être étudiés plus en détail d'une manière entièrement nouvelle, grâce à la détection directe de leur rayonnement gravitationnel. LIGO, l'observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser actuellement en service à Hanford, dans l'État de Washington, et à Livingston, en Louisiane, pourra éventuellement être réglé sur la fréquence à laquelle les pulsars millisecondes devraient émettre des ondes gravitationnelles.
"Les vagues sont subtiles, modifiant l'espace-temps et la distance entre les objets aussi éloignés que la Terre et la Lune de beaucoup moins que la largeur d'un atome", a déclaré le professeur Barry Barish du California Institute of Technology, le directeur du LIGO. «En tant que tel, le rayonnement gravitationnel n'a pas encore été directement détecté. Nous espérons changer cela bientôt. »
Source d'origine: communiqué de presse de la NASA
