Rencontrez la femme qui a trouvé les étoiles les plus utiles de l’univers
En 1967 la astrofísica irlandesa Jocelyn Bell Burnell, estudiante entonces en Cambridge, captó con un radiotelescopio una señal pulsante de periodo 1,33 s.
Pensó que tal vez era una baliza extraterrestre, pero en verdad acababa de descubrir un PÚLSAR.
El 1r púlsar descubierto. pic.twitter.com/hv310BZWVj— Nao Casanova (@NaoCasanova) September 30, 2023
Bell, qui est née en Irlande en 1943, a été inspiré par son professeur de physique au lycée pour étudier les sciences et est allée à Cambridge pour poursuivre son doctorat en astronomie. Le projet de Bell, avec le conseiller Anthony Hewish, consistait à utiliser une nouvelle technique, la scintillation interplanétaire, pour observer les quasars. Parce que les quasars scintillent plus que les autres objets, Hewish a pensé que la technique serait un bon moyen de les étudier, et il a conçu un radiotélescope pour le faire. Travaillant au Mullard Radio Astronomy Observatory, près de Cambridge, à partir de 1965, Bell a passé environ deux ans à construire le nouveau télescope, avec l’aide de plusieurs autres étudiants. Ensemble, ils ont martelé plus de 1 000 poteaux, enfilé plus de 2 000 antennes dipôles entre eux et connecté le tout avec 120 miles de fils et de câbles. Le télescope fini couvrait une superficie d’environ quatre acres et demie.
L’annonce a fait grand bruit. La presse a sauté sur l’histoire – la découverte possible d’une vie extraterrestre était trop difficile à résister. Ils sont devenus encore plus excités lorsqu’ils ont appris qu’une femme était impliquée dans la découverte. Bell a rappelé plus tard l’attention des médias dans un discours sur la découverte : « J’ai fait prendre ma photo debout sur une banque, assis sur une banque, debout sur une banque examinant de faux dossiers, assis sur une banque examinant de faux dossiers. Pendant ce temps, les journalistes posaient des questions pertinentes comme si j’étais plus grand ou pas tout à fait aussi grand que la princesse Margaret, et combien de petits amis avais-je à la fois ?
C’est en 1967 grâce à Jocelyn Bell Burnell que nous découvrons l’existence de pulsar mais aussi avec le son que produits cette étoile à neutrons (écoutez) pic.twitter.com/MXprXgyxmP
— أمير (@CZmirouu) March 27, 2023
D’autres astronomes ont également été stimulés par la découverte et se sont joints à une course pour découvrir plus de pulsars et pour comprendre ce qu’étaient ces sources étranges. Fin 1968, des dizaines de pulsars avaient été détectés. Bientôt, Thomas Gold a montré que les pulsars sont en fait des étoiles à neutrons en rotation rapide. Les étoiles à neutrons ont été prédites en 1933, mais n’ont pas été détectées avant la découverte des pulsars. Ces étoiles extrêmement denses, qui se forment à partir des restes effondrés d’étoiles massives après une supernova, ont des champs magnétiques puissants qui ne sont pas alignés avec l’axe de rotation de l’étoile. Le champ puissant et la rotation rapide produisent un faisceau de rayonnement qui balaie la rotation de l’étoile. Sur Terre, nous voyons cela comme une série d’impulsions lorsque l’étoile à neutrons tourne, comme un faisceau de lumière provenant d’un phare. 
Après avoir découvert les premiers pulsars, Jocelyn Bell termine son analyse des sources radio, termine son doctorat, se marie et prend le nom de Burnell. Elle a quitté la radioastronomie pour l’astronomie des rayons gamma puis l’astronomie des rayons X, bien que sa carrière ait été entravée par les déménagements fréquents de son mari et sa décision de travailler à temps partiel tout en élevant son fils. Anthony Hewish a reçu le prix Nobel en 1974 pour la découverte des premiers pulsars. Plus de 1000 pulsars sont maintenant connus. Quant aux petits hommes verts, ils n’ont pas encore été trouvés, mais des projets tels que le Search for Extra Terrestrial Intelligence (SETI) les recherchent toujours.
Dame Susan Jocelyn Bell Burnell a découvert des pulsars Basculer
De l’Université de Californie-Berzerkeley : « L’étoile à neutrons la plus lourde à ce jour est une ‘veuve noire’ qui mange sa compagne »
Une étoile à neutrons en rotation balance périodiquement ses faisceaux radio (vert) et gamma (magenta) devant la Terre dans le concept de cet artiste d’un pulsar de veuve noire. L’étoile à neutrons/pulsar chauffe le côté opposé de son partenaire stellaire (à droite) à des températures deux fois plus chaudes que la surface du soleil et l’évapore lentement. (Crédit image : Goddard Space Flight Center de la NASA) Une étoile dense et effondrée tournant 707 fois par seconde – ce qui en fait l’une des étoiles à neutrons à rotation la plus rapide de la galaxie de la Voie lactée – a déchiqueté et consommé presque toute la masse de son compagnon stellaire et, ce faisant, est devenue l’étoile à neutrons la plus lourde observé à ce jour. Peser cette étoile à neutrons record, qui domine les cartes à 2,35 fois la masse du soleil, aide les astronomes à comprendre l’étrange état quantique de la matière à l’intérieur de ces objets denses, qui – s’ils deviennent beaucoup plus lourds que cela – s’effondrent entièrement et disparaissent comme un trou noir. « Nous savons à peu près comment la matière se comporte aux densités nucléaires, comme dans le noyau d’un atome d’uranium », a déclaré Alex Filippenko, professeur émérite d’astronomie à l’Université de Californie-Berzerkeley. « Une étoile à neutrons est comme un noyau géant, mais quand vous avez une masse solaire et demie de ce genre de choses, soit environ 500 000 masses terrestres de noyaux tous accrochés ensemble, on ne sait pas du tout comment ils vont se comporter. » 
Roger W. Romani, professeur d’astrophysique à l’Université de Stanford, a noté que les étoiles à neutrons sont si denses – 1 pouce cube pèse plus de 10 milliards de tonnes – que leurs noyaux sont la matière la plus dense de l’univers à l’exception des trous noirs, qui parce qu’ils sont cachés derrière leur horizon des événements sont impossibles à étudier. L’étoile à neutrons, un pulsar désigné PSR J0952-0607 est donc l’objet le plus dense en vue de la Terre. La mesure de la masse de l’étoile à neutrons a été possible grâce à l’extrême sensibilité du télescope Keck I de 10 mètres sur le Mauna Kea à Hawai’i, qui a tout juste pu enregistrer un spectre de lumière visible de l’étoile compagne brûlante, maintenant réduite à la taille d’une grande planète gazeuse. Les étoiles sont à environ 3 000 années-lumière de la Terre en direction de la constellation des Sextans.
Les astronomes ont mesuré la vitesse d’une étoile faible (cercle vert) qui a été dépouillée de presque toute sa masse par un compagnon invisible, une étoile à neutrons et un pulsar milliseconde qu’ils ont déterminé comme étant le plus massif jamais trouvé et peut-être la limite supérieure pour les étoiles à neutrons . Crédit image : Roger W. Romani, Alex Filippenko/Observatoire WM Keck. Découvert en 2017, le PSR J0952-0607 [The Astrophysical Journal Letters (ci-dessous)] est appelé pulsar « veuve noire » – une analogie avec la tendance des araignées veuves noires femelles à consommer le mâle beaucoup plus petit après l’accouplement. Filippenko et Romani étudient les systèmes de veuves noires depuis plus d’une décennie, dans l’espoir d’établir la limite supérieure de la croissance des grandes étoiles à neutrons/pulsars. « En combinant cette mesure avec celles de plusieurs autres veuves noires, nous montrons que les étoiles à neutrons doivent atteindre au moins cette masse, 2,35 plus ou moins 0,17 masse solaire », a déclaré Romani, professeur de physique à la Stanford’s School of Humanities and Sciences et membre de l’Institut Kavli d’astrophysique des particules et de cosmologie. « À son tour, cela fournit certaines des contraintes les plus fortes sur la propriété de la matière à plusieurs fois la densité observée dans les noyaux atomiques. En effet, de nombreux modèles autrement populaires de physique de la matière dense sont exclus par ce résultat.
Si 2,35 masses solaires sont proches de la limite supérieure des étoiles à neutrons, disent les chercheurs, alors l’intérieur est susceptible d’être une soupe de neutrons ainsi que des quarks haut et bas – les constituants des protons et des neutrons normaux – mais pas de matière exotique, comme les quarks « étranges » ou les kaons, qui sont des particules qui contiennent un quark étrange. « Une masse maximale élevée pour les étoiles à neutrons suggère qu’il s’agit d’un mélange de noyaux et de leurs quarks dissous de haut en bas jusqu’au noyau », a déclaré Romani. « Cela exclut de nombreux états proposés de la matière, en particulier ceux avec une composition intérieure exotique. » Romani, Filippenko et l’étudiant diplômé de Stanford Dinesh Kandel sont co-auteurs d’un article décrivant les résultats de l’équipe qui a été accepté pour publication par The Astrophysical Journal Letters [ci-dessous].
Jusqu’où peuvent-ils grandir ? 
Les astronomes conviennent généralement que lorsqu’une étoile avec un noyau supérieur à environ 1,4 masse solaire s’effondre à la fin de sa vie, elle forme un objet dense et compact avec un intérieur sous une pression si élevée que tous les atomes sont écrasés pour former une mer de neutrons et leurs constituants subnucléaires, les quarks. Ces étoiles à neutrons naissent en tournant, et bien que trop faibles pour être vues dans la lumière visible, se révèlent comme des pulsars, émettant des faisceaux de lumière – ondes radio, rayons X ou même rayons gamma – qui font clignoter la Terre pendant qu’elles tournent, un peu comme la rotation faisceau d’un phare.
Un pulsar de veuve noire consomme son compagnon. NASA Godard. 
Le pulsar PSR J0952-0607 et son étoile compagnon faible soutiennent cette histoire d’origine pour les pulsars millisecondes. « Ces objets ressemblant à des planètes sont la lie d’étoiles normales qui ont contribué à la masse et au moment cinétique, faisant tourner leurs compagnons de pulsar à des périodes de millisecondes et augmentant leur masse dans le processus », a déclaré Romani. « Dans un cas d’ingratitude cosmique, le pulsar veuve noire, qui a dévoré une grande partie de son compagnon, chauffe et évapore maintenant le compagnon jusqu’à des masses planétaires et peut-être une annihilation complète », a déclaré Filippenko.
Trouver des pulsars de veuve noire dans lesquels le compagnon est petit, mais pas trop petit pour être détecté, est l’un des rares moyens de peser les étoiles à neutrons. Dans le cas de ce système binaire, l’étoile compagne – maintenant seulement 20 fois la masse de Jupiter – est déformée par la masse de l’étoile à neutrons et verrouillée par la marée, de la même manière que notre lune est verrouillée en orbite de sorte que nous ne voyons qu’une seule côté. Le côté face à l’étoile à neutrons est chauffé à des températures d’environ 6 200 Kelvin, ou 10 700 degrés Fahrenheit, un peu plus chaud que notre soleil et juste assez lumineux pour être vu avec un grand télescope.
En comparant les spectres à ceux d’étoiles semblables au soleil, ils ont pu mesurer la vitesse orbitale de l’étoile compagne et calculer la masse de l’étoile à neutrons. Filippenko et Romani ont jusqu’à présent examiné une douzaine de systèmes de veuves noires, bien que seulement six aient des étoiles compagnes suffisamment brillantes pour leur permettre de calculer une masse. Toutes impliquaient des étoiles à neutrons moins massives que le pulsar PSR J0952-060. Ils espèrent étudier davantage de pulsars de veuve noire, ainsi que leurs cousins : les dos rouges, du nom de l’équivalent australien des pulsars de veuve noire, qui ont des compagnons plus proches d’un dixième de la masse du soleil ; et ce que Romani a surnommé tidarrens – où le compagnon est d’environ un centième de masse solaire – d’après un parent de l’araignée veuve noire. Le mâle de cette espèce, Tidarren sisyphoides, mesure environ 1% de la taille de la femelle.
Rencontrez la femme qui a trouvé les étoiles les plus utiles de l’univers
Lorsque Dame Jocelyn Bell Burnell a découvert le premier pulsar il y a 51 ans, elle a révélé un nouvel outil pour résoudre de nombreux mystères du cosmos.
Les pulsars – des cadavres stellaires tourbillonnants qui envoient des faisceaux d’ondes radio à travers le cosmos – sont les couteaux suisses astrophysiques d’aujourd’hui. Avec eux, les scientifiques peuvent tester certaines des théories les plus fondamentales de la physique, détecter les ondes gravitationnelles, naviguer dans l’océan cosmique et peut-être même communiquer avec des extraterrestres. Mais sans les travaux de Dame Jocelyn Bell Burnell, qui a découvert les pulsars en 1967 alors qu’elle était encore étudiante à l’Université de Cambridge, ces phares stellaires lointains ne seraient peut-être pas devenus des outils célestes aussi puissants. Aujourd’hui, 51 ans après avoir remarqué pour la première fois un étrange « peuplement » dans ses observations, Bell Burnell a reçu un prix spécial de 3 millions de dollars en physique fondamentale. Le comité du prix cite non seulement sa « détection de signaux radio provenant d’étoiles à neutrons super denses en rotation rapide », mais aussi sa « vie de leadership scientifique inspirant ».
Bell Burnell a passé sa carrière à travailler pour élever les femmes et les minorités dans la science. Besoin d’une preuve ? Elle fait don de ces 3 millions de dollars à un organisme de bienfaisance au Royaume-Uni dont la mission est de soutenir les étudiants diplômés en physique des groupes sous-représentés. « Le professeur Bell Burnell mérite amplement cette reconnaissance », a déclaré le fondateur du Breakthrough Prize, Yuri Milner, dans un communiqué. « Sa curiosité, ses observations assidues et ses analyses rigoureuses ont révélé certains des objets les plus intéressants et les plus mystérieux de l’Univers. » Dispersés dans toute la galaxie, les pulsars sont des objets exotiques qui représentent la physique à son extrême. Alors, comment Bell Burnell les a-t-il trouvés et comment sont-ils utilisés aujourd’hui ? Nous avons ce qu’il vous faut.
Flamme de gloire
En 1967, Bell Burnell travaillait avec Anthony Hewish, un astronome de Cambridge qui voulait trouver plus de quasars, qui sont les noyaux lointains et extrêmement brillants de galaxies massives. Pour ce faire, Hewish scannait le ciel et recherchait les ondes radio produites par ces quasars. Mais pour vraiment réussir, il avait besoin d’un nouveau radiotélescope. Heureusement, il n’avait que l’étudiante diplômée pour le poste : Bell Burnell, l’une des rares femmes à poursuivre l’astronomie là-bas à l’époque, était vive, volontaire et extrêmement capable de construire un télescope qui ressemblait essentiellement à un champ rempli de clôtures en fil de fer. « J’ai aidé à construire le radiotélescope, avec environ cinq autres personnes. Et quand il a été construit, le reste a fondu », a-t-elle déclaré lors d’une réunion en 2017 célébrant le 50e anniversaire de sa découverte. « Je suis resté la première personne à diriger le télescope. »
Personne ne le savait à l’époque, mais Bell Burnell était assiégée par un cas extrême de syndrome de l’imposteur, ou le sentiment qu’elle n’était pas digne d’être à Cambridge. Originaire d’Irlande du Nord, elle avait grandi et fait ses études dans le nord du Royaume-Uni et n’était pas préparée à ce qu’elle appelle « la confiance suave » de tout le monde à Cambridge. « J’étais à peu près sûre qu’ils avaient fait une erreur en m’admettant, ils découvriraient leur erreur et me renverraient », se souvient-elle. « Mais j’étais un peu un combattant et j’ai dit que jusqu’à ce qu’ils me chassent, je ferai de mon mieux pour que, lorsqu’ils me chasseront, je n’aie pas mauvaise conscience. Je saurai que j’ai fait de mon mieux. Déterminée à sortir avec autant de gloire que possible, Bell Burnell a fait fonctionner le télescope pendant ses six premiers mois et a découvert une centaine de quasars supplémentaires, ce qu’elle a fait en étudiant attentivement les lectures sur papier (Cambridge n’avait qu’un seul ordinateur pour toute l’université qui n’avait essentiellement aucune mémoire et était principalement occupé à faire des tâches non liées à l’astronomie). Chaque jour, dit Bell Burnell, elle regardait environ 900 pieds de papier et, au cours de ces six mois, elle a analysé plus de trois miles de lignes floues.
Petits hommes verts
Le premier signe de quelque chose d’étrange est apparu le 6 août 1967, dans une étendue sinueuse de données occupant moins d’un quart de pouce des lectures de Bell Burnell. « Je l’ai enregistré avec un point d’interrogation et je suis passé à autre chose », a-t-elle déclaré. Mais la peau minuscule est apparue maintes et maintes fois dans la même partie du ciel. Et même si ce n’était qu’une petite anomalie, elle s’est logée dans son cerveau. Elle a finalement tiré toutes ses observations de cette même partie du ciel, les a alignées et s’est rendu compte qu’elle regardait un mystère cosmique. Des enregistrements à plus grande vitesse réalisés en novembre 1967 ont révélé que Bell Burnell avait capturé une série répétée d’impulsions radio espacées d’un peu plus d’une seconde – gardant le temps de manière exquise – qui ne ressemblait à rien de ce que personne n’avait jamais vu auparavant. Hewish, son conseiller, a étiqueté les impulsions débraillées LGM-1 pour Little Green Men, car il était convaincu que le signal était artificiel.
Bell Burnell ne l’était pas.
« Je savais que ce n’était pas artificiel, parce que j’avais suivi cette misérable chose pendant plusieurs mois », a-t-elle dit, notant que la source du signal montait toujours dans la même partie du ciel. Bientôt, elle avait trouvé un deuxième objet pulsant, puis un troisième, puis un quatrième, ce qui résolvait la question de savoir si elle avait découvert une horloge cosmique naturelle et précise ou une balise extraterrestre. Les objets sont devenus connus sous le nom de pulsars, et il a fallu plusieurs mois avant qu’ils ne soient identifiés comme des étoiles à neutrons en rotation, qui étaient encore en grande partie des objets hypothétiques à l’époque. Elle et Hewish ont publié un article décrivant leur découverte en février 1968, et en 1974, le comité du prix Nobel a décerné à Hewish et à son collaborateur Sir Martin Ryle un prix Nobel de physique pour leur découverte (et celle de Bell Burnell).
« Tout au long de sa vie de scientifique, elle s’est placée au-dessus de la controverse du prix Nobel et a plutôt travaillé sans relâche dans les domaines de la science, de la fonction publique et de l’éducation », explique l’astronome Nicholas Suntzeff de la Texas A&M University. Il la décrit comme « une personne héroïque qui a fait plus pour faire avancer la science dans les trois piliers du monde universitaire – la recherche, l’enseignement et le service – que presque tout autre scientifique vivant ». Pour Bell Burnell, cependant, se frayer un chemin vers les échelons supérieurs de la science n’a pas été un voyage facile. « Je me suis fiancée entre la découverte des pulsars numéros deux et trois. [I] était incroyablement fier de cette bague de fiançailles et je l’ai portée au laboratoire. Ce qui était une erreur, car cela signifiait que j’arrêtais », a-t-elle déclaré. « A cette époque en Grande-Bretagne, les femmes mariées ne travaillaient pas. C’était honteux si une femme mariée devait travailler ; cela signifiait que son mari ne pouvait pas gagner assez.
La pression sociétale pour abandonner l’astronomie s’est aggravée une fois que Bell Burnell a eu un fils. Elle a donc suivi son mari pendant quelques années, passant du temps dans l’astronomie des rayons gamma, l’astronomie des rayons X et l’astronomie infrarouge avant de finalement créer son propre groupe d’astrophysique. Maintenant, en tant que professeure invitée à l’Université d’Oxford, elle a pu reprendre l’étude de son premier amour : les étoiles à neutrons, ou les cadavres extrêmement denses d’anciennes grandes étoiles.
Pulsars prolifiques
Aujourd’hui, grâce à ses efforts, les pulsars se sont avérés être parmi les outils les plus utiles de la boîte à outils d’un astronome. Les étoiles mortes en rotation, qui se forment lorsque des étoiles massives s’effondrent et meurent, gardent un temps incroyablement précis, ce qui en fait des instruments précieux pour mesurer les effets souvent subtils de la physique extrême. Pendant qu’ils tournent, les pulsars émettent des faisceaux d’ondes radio, et les astronomes peuvent enregistrer et suivre les impulsions au fur et à mesure que ces faisceaux passent au-dessus de la Terre. De petites déviations dans l’arrivée de ces impulsions peuvent révéler des ondes gravitationnelles produites par des galaxies en collision ou être utilisées pour tester les théories fondamentales de la relativité d’Einstein.
Les pulsars ont également été utilisés pour peser le système solaire et localiser son centre de masse, et ils sont des panneaux de signalisation proposés pour la navigation interstellaire à long terme. Une fois, les astronomes ont même utilisé des pulsars pour créer une carte qui dirigerait les extraterrestres vers la position de la Terre dans l’espace.
En repensant à sa découverte, Bell Burnell dit qu’elle n’avait aucune idée à quel point ce serait révolutionnaire. « Au début, lorsque vous tombez sur quelque chose de nouveau, vous travaillez vraiment dans le brouillard », dit-elle. « Vous pouvez voir quelques choses à travers le brouillard, mais pas beaucoup. Et mon Dieu, n’avons-nous pas parcouru un long chemin en 50 ans ? »
Découverte de pulsars : En 1967, la première source radio pulsée (pulsar) a été détectée par un étudiant diplômé alerte, Jocelyn Bell, qui travaillait alors sous la direction du professeur Anthony Hewish au Mullard Radio Astronomy Observatory, Cambridge, Angleterre. Un radiotélescope spécial a été utilisé, avec 2 048 antennes réparties sur 4,4 acres. Au 13 novembre 1998, mille avaient été retrouvés. La pulsation du rayonnement a une précision d’horloge, jusqu’à 1 000 fois par seconde. On pense qu’un pulsar est une étoile à neutrons avec un spin extrêmement rapide. Les périodes de rotation vont de 1,57 millisecondes à 5,1 secondes. Les pulsars ont suscité des études sur les fluides quantiques dégénérés, la gravité relativiste et les champs magnétiques interstellaires. Un comportement similaire d’une étoile clignotant dans le spectre optique a été détecté le 18 janvier 1968. Les pulsars optiques restent très rares.
À propos de L’astrophysicienne irlandaise Jocelyn Bell Burnell (1943)
Jocelyn Bell Burnell était encore étudiante en recherche à l’université de Cambridge lorsqu’elle faisait partie de l’équipe qui fut la première à détecter un pulsar radio en 1967. Il est aujourd’hui considéré comme l’une des plus grandes découvertes astronomiques du XXe siècle. La découverte a remporté le prix Nobel de physique en 1974, mais a été attribuée de manière controversée à son superviseur Antony Hewish et à l’astronome Martin Ryle, bien que Burnell Bell ait été le premier à repérer le pulsar dans les données. Bell Burnell a poursuivi une brillante carrière. Elle a été présidente de la Royal Astronomical Society (2002-04) et en 2018, elle a reçu le Breakthrough Prize in Physics d’une valeur de 3 millions de dollars qu’elle a fait don à l’Institut de physique pour mettre en place un programme de bourses permettant à davantage de femmes de travailler en physique. .
Événements historiques
1967-11-28 Premiers pulsars radio détectés par Jocelyn Bell Burnell et son superviseur Antony Hewish à l’Université de Cambridge
1968-02-24 Découverte du 1er pulsar annoncée (CP 1919) par Jocelyn Bell Burnell et Antony Hewish
https://sciencesprings.wordpress.com/tag/dame-susan-jocelyn-bell-burnell-discovered-pulsars/
https://www.aps.org/publications/apsnews/200602/history.cfm