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L'astrophysicienne Victoria Kaspi et son équipe se confrontent aux pulsars et autres magnétars

Professeure à l'université McGill, l'astrophysicienne Victoria Kaspi a publié les résultats de ses recherches dans des revues prestigieuses, notamment Nature et Science. L'Acfas (Association francophone pour le savoir) lui décerne le prix Urgel-Archambault en sciences physiques, mathématique, informatique et génie.

La chercheuse de réputation mondiale Victoria Kaspi a les yeux tournés vers les étoiles. Son champ de recherche principal? Les étoiles à neutrons. «Ce sont des étoiles très étranges. Elles sont beaucoup plus petites que le Soleil. Leur diamètre peut être d'environ 20 km [alors que celui du Soleil est d'environ 1,4 million de kilomètres]. Mais elles sont extrêmement denses. Leur masse est plus grande que celle du Soleil», explique-t-elle.

«Leur champ magnétique est d'environ 100 milliards de fois plus intense que celui de la Terre ou du Soleil. Elles tournent très vite sur elles-mêmes, parfois plus vite qu'un mélangeur!», mentionne l'astrophysicienne. On ne peut pas simuler de telles conditions dans un laboratoire sur la Terre, dit-elle.

Les étoiles à neutrons, dont les pulsars, sont constituées de restes d'une étoile massive qui a explosé et s'est effondrée, devenant une supernova. En raison de leurs caractéristiques particulières, elles constituent «un laboratoire magnifique pour étudier la physique moderne sous toutes ses facettes», indiquent Martin Grant et Charles Gale, respectivement doyen de la faculté des sciences et directeur du département de physique à l'université McGill.

Une feuille de route impressionnante

L'astrophysicienne Victoria Kaspi dit s'être toujours intéressée à la science. «Quand j'étais plus jeune, j'aimais Star Trek, mentionne-t-elle en riant. J'aimais les mathématiques, les sciences et j'ai toujours été intéressée par les étoiles.»

La chercheuse n'est âgée que de 40 ans et déjà sa feuille de route est impressionnante. Native du Texas aux États-Unis, elle effectue un baccalauréat en physique à l'université McGill avant de poursuivre ses études à l'Université Princeton. Elle obtient son doctorat en 1993. De 1994 à 1996, elle est attachée de recherche temporaire au département d'astronomie du California Institute of Technology. De 1997 à 2002, elle est professeure adjointe au département de physique du Massachusetts Institute of Technology. Elle revient à McGill en 1999, cette fois comme professeure.

En 2001, elle obtient une chaire de recherche du Canada en astrophysique d'observation. Depuis 2006, elle est également titulaire de la chaire Lorne-Trottier en astrophysique et cosmologie de l'université McGill.

Son parcours est jalonné d'honneurs. Elle reçoit notamment le prix Jeunes explorateurs de l'Institut canadien de recherches avancées en 2002, la médaille Herzberg de l'Association canadienne des physiciens et physiciennes en 2004, le prix Steacie du Centre de recherche en sciences naturelles et génie (CRSNG) en 2006 et la médaille commémorative Rutherford en physique de la Société royale du Canada l'été dernier.

Découvertes

Victoria Kaspi a entre autres prouvé que les «pulsars anormaux à rayons X» sont des magnétars, c'est-à-dire des étoiles à neutrons très magnétisées, qui produisent beaucoup de rayons X. Cela a donné lieu à un article dans la revue Nature en 2002. «C'était une découverte merveilleuse, dit-elle. J'ai travaillé sur ce problème pendant quatre ans et un jour, c'est devenu clair.»

La chercheuse et ses collaborateurs pensaient que ces étoiles étaient des magnétars et tentaient de le prouver. Ils ont observé de petites explosions permettant de

le démontrer et ont réussi à convaincre les éditeurs de Nature de publier ces résultats. Certains scientifiques remettaient toutefois en question le fait que les pulsars anormaux à rayons X soient à l'origine de ces explosions.

L'astrophysicienne et son équipe ont obtenu une preuve encore plus probante par la suite. «J'ai reçu un appel téléphonique de la directrice d'un observatoire. Quand un de leurs instruments observe une source trop importante de rayons X, cela déclenche une alarme. Au moment où cet instrument observait l'étoile que nous étudiions, l'alarme a été déclenchée. Les explosions étaient très puissantes et aucun doute n'était possible quant à leur source, raconte-t-elle. C'était amusant. C'est rare en astronomie qu'une découverte soit confirmée par téléphone.»

La chercheuse et ses collaborateurs ont aussi découvert une vingtaine de pulsars dans un seul amas d'étoiles de la Voie lactée. Or, les pulsars ne sont pas faciles à trouver, puisque les signaux qu'ils émettent sont faibles.

Victoria Kaspi a recours à différentes techniques pour étudier les étoiles à neutrons, dont les rayons X et les ondes radio. «Si on prend un téléphone cellulaire et qu'on le met sur la Lune, son signal, capté depuis la Terre, est un million de fois plus puissant que celui de la plupart des étoiles à neutrons dans la Voie lactée», dit la chercheuse.

«Nous avons beaucoup de problèmes avec les téléphones cellulaires. Nous utilisons de grandes antennes sensibles aux signaux faibles, mais nous entendons les radars des aéroports, les téléphones cellulaires, les signaux des satellites de communication de la Terre.» Avec les rayons X, ce problème ne se pose pas, mais comme ils ne pénètrent pas dans l'atmosphère de la Terre, il faut avoir recours à des satellites, explique-t-elle.

Un étudiant de Victoria Kaspi, Jason Hessels, a pour sa part découvert un pulsar qui tourne plus vite sur lui-même que tous ceux qui avaient été repérés jusqu'à ce jour, ce qui a fait l'objet d'un article dans la revue Science en 2006.

Des recherches à pousser plus loin

L'astrophysicienne et son équipe cherchent à trouver des étoiles à neutrons qui tournent encore plus vite. Les scientifiques ne disposent que depuis quelques années d'ordinateurs assez puissants pour traiter la masse de données permettant de détecter certaines étoiles à neutrons, mentionne-t-elle. L'ordinateur prend ainsi en compte une grande quantité de mesures d'intensité d'un signal à différents moments.

La chercheuse et ses collaborateurs essaient aussi de comprendre comment les magnétars, pourtant si petits, arrivent à produire des explosions aussi puissantes. Les magnétars sont une forme de pulsars dont le champ magnétique est encore plus intense.

L'étude d'une étoile à neutrons qui tourne autour d'une autre étoile pourrait quant à elle permettre de tester la théorie de la relativité d'Albert Einstein, dit Victoria Kaspi. «On a déjà fait plusieurs tests sur la relativité et nous pensons que c'est une bonne théorie, mais elle n'a pas encore été testée dans des situations où la gravité est aussi importante», indique-t-elle.

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Collaboratrice du Devoir