EPTA

Chronométrie d'un réseau de pulsars (Pulsar Timing Array)

Introduction

Schéma d'un pulsar (© NRAO)

Les pulsars sont des étoiles à neutrons magnétisées en rotation rapide et stable qui émettent un faisceau d'ondes électromagnétiques à la manière d'un phare. Les pulsars millisecondes sont considérés comme des horloges quasi parfaites et le chrnométrage ultra-précis de leur émission radio rend non seulement possible la compréhension du système pulsar lui-même mais aussi la détection d'ondes gravitationnelles dans la bande de fréquence du nanoHertz. Certains pulsars sont chronmétrés avec une précision inférieure à 100 ns sur une période d’observation d’une vingtaine d’années. 

Les suites de pulses émisent par les pulsars sont régulièrement observées par les radio-télescopes. En utilisant une instrumentation complexe, il est possible de mesurer les temps d'arrivée des pulses radio au niveau du télescope. On peut ainsi obtenir un grand nombre d'informations astrophysiques sur les pulsars : position dans ciel, parallaxe (distance), mouvement propre, période de rotation et ses variations. Pour les pulsars qui orbitent avec au moins un compagnon, il est possible de contraindre les paramètres orbitaux et de mesurer les effets de relativité générale affectant le mouvement orbital. Des contraintes peuvent également être apportées sur l'équation d'état de la matière composant les étoiles à neutrons à travers la mesure de la masse des pulsars dans des systèmes multiples.

Les temps d'arrivées contiennent également des informations sur la propagation de l'ondes radio à travers le milieu interstellaire et sur les déformations de l'espace-temps entre le pulsar et la Terre causées par les ondes gravitationnelles. L'effet des ondes gravitationnelles sur les mesures de temps d'arrivée pour un pulsar donné est extrêmement faible et difficile à séparer des autres types de perturbations tels que les instabilités dans la rotation intrinsèque ou les problèmes instrumentaux. Mais les ondes gravitationnelles influencent le signal de tous les pulsars de manière cohérente et on peut donc détecter le passage d'une onde gravitationnelle par une analyse corrélée de plusieurs pulsars. La chronométrie d'un réseau de pulsars millisecondes pour la recherche des ondes gravitationnelles est appelé "Pulsars Timing Array" (PTA).

Schéma de la détection d'onde gravitationnelle
par un réseau de pulsars (© D. Champion)

Les deux principales sources d'ondes gravitationnelles qui peuvent être observées par PTA sont les fonds cosmologiques et les binaires de trous noirs supermassifs, à la fois sous forme de sources observables individuellement et sous la forme d'un fond de sources binaires non-résolues. La plupart des modèles décrivant l'évolution des trous noirs supermassifs prévoit une détection d'ondes gravitationnelles émises par des systèmes binaires dans les prochaines années.

Le système d'observation PTA permet d'accéder aux très basses fréquences et est ainsi complémantaire des détecteurs d'ondes graviationnelles spatiaux (eLISA) et au sol (Virgo, LIGO, etc).

EPTA à l'APC

Le groupe PTA du laboratoire APC travaille en forte collaboration avec le LPC2E (Orléans) et la station de radioastronomie de Nançay dont le Grand RadioTelescope produit presque 50% des données européennes. Il participe à l'effort européen à travers la collaboration EPTA (European PTA) qui regroupe 5 radiotélescopes Nançay (France), Effelsberg (Allemagne), Jodrell Bank (Royaume-Uni), Westerbork (Pays-Bas) and Sardinia Radio Telescope (Italies). L'APC est également membre de la collaboration internationale IPTA (International PTA). La principale contribution de l'APC concerne les apsects d'analyse de données.

Liens

EPTA : http://www.epta.eu.org/
IPTA : http://www.ipta4gw.org/