Les Pulsars aussi perdent leur rhythme

• 1 boule de polystirene avec un diamètre au choix (on conseille 10 cm)
• 1 feuille de papier coloré
• 1 cure-dents long
• 2 (petits) projecteurs de vélo
• Animation + images illustratives (lien pour le téléchargement: image1, image2, image3, animation)
• Téléphone/computer pour reproduire l’animation et les images
• Bassine remplie d’eau
• Boules de polystirene (2 ou plus)
• Cure-dent long
• Ruban adésif
• Scotch papier

Pour la construction des pulsar

• Perles en bois d’environ 2-3 cm de diamètre
• Feuilles de papier blanches et/ou colorées
• Marqueurs

Introduction

1. Avant tout, accuelilez les participanta et presentez-vous. Introduisez brièvement l’activité, en essayant de favoriser une discussion entre vous et le groupe, plutôt que une explication à sens unique. Pour faire ça, vous pouvez poser des questions, par example: “Bienvenus dans le laboratoire “Même les pulsars perdent leur rhythme!” Qu’est-ce que vous pensez que nous allons faire? Vous avez déjà entendu parler des pulsars? Vous savez ce que c’est?”

2. Puis, on va parler de ce que sont les pulsars.
Les pulsars sont de petites étoile (avec un diamètre d’environ 20 km) qui tournent très rapidement sur elles-mêmes. Ce sont le restes d’étoiles semblables à nôtre Soleil, mais de couleur bleu et beaucoup plus lourdes, qui à la fin de leur vie explosent en libérant dans l’espace tout le matériel dont elles étaient composées. Au centre de ces explosions (que les astronomes appelent supernovae) reste le “noyau” de l’étoile, qui n’a pas explosé et continue à tourner rapidement sur lui-même.
(Montrer les images suivantes pendant l’explication)

Une étoile bleue plus lourde que notre Soleil (Rigel, à gauche), le reste après son explosion (Nebuleuse du Crabe, au centre), et une vue rapprochée du pulsar au centro (à droîte).

3. Les pulsars lentes prennent 20 secondes pour retourner, tandis quel es plus rapides et courants prennent des millièmes de seconde (Experimentez à quel point une milliseconde est petite, essayez de faire battre les mains autant de fois en une seconde – on ne se rejoindra jamais mille fois par seconde!).

4. La rotation rapide des pulsars fait sì que le gaz qui reste autour est projeté sur des longs jets puissants, que nous recevons sur la Terre comme impulsions rythmiques et extrêmement précises.
Ce que nous voyons est l’istant où le faisseau de lumière pointe dans nôtre direction. Pour faire une analogie plus familière, on peut penser aux fares qui se trouvent dans les ports: de loin on dirait des lumières (impulsions) qui s’allument et s’éteignent, mais en réalité c’est une lumière qui tourne sur elle-même. Nous ne pouvons voire la lumière provenant du phare que lorsque, pendant la rotation de la lumière, elle pointe directement sur nous.
(Pour aider dans l’explication, utiliser le modèle que vous avez creé precedemment, en faisant pivoter chacun des participants pour reproduire l’effet “phare”).

5. En particulier, la lumière que nous recevons est en réalité invisible à nos yeux, et est appelèe lumière radio. On la peut voir seulement grâce à l’utilisation de téléscopes spéciaux, les radiotéléscopes.

Deux radiotéléscopes qui se trouvent à Medicina, un petit village en province de Bologna.

Première partie – Laboratoire sonore

Dans cette phase, chaque participant représentera les impulsions envoyés par un pulsar en battant avec une baguette sur un instrument improvisé (par example percussions, casseroles et recipients, mais aussi un stylo qui bat sur un cahier). Cette phase fonctionne bien avec un maximum de 5 personnes.

6. Donnez à chaque participant un instrument et une baguette pour le jouer. Comme un chef d’orchestre, demandez leur de choisir le rhythme qu’ils préfèrent et commencez à le faire jouer un par un (ajouter les instruments un à la fois). Peu importe qu’il soit rapide ou lent, il suffit qu’ils parviennent à le mantenir toujours constant. De cette façon, chacun simulere un pulsar différent.
Rappelez-leur que l’operation qu’ils font (traduire un signal lumineux dans un signal sonore) n’est qu’ une métaphore. En réalité, les pulsars n’émettent pas de sons, mais de lumière radio.

7. Une caractéristique fondamentale des pulsars est l’extrême précision de leur rotation. Grâce à leur précision, les pulsars sont utilisées pour détecter des phénomènes presque imperceptibles qui se produisent dans le Cosmos, comme les ondes gravitationnelles.
“Savez-vous ce que sont les ondes gravitationnelles? Demontrons-le avec une simple expérience!”

8. Prenez le bassin rempli d’eau et ditez que la surface de l’eau répresente l’espace: dans la situation initiale, l’eau est calme (l’espace est vide).

9. À ce point, prenez la structure en “T” précédemment construite et faites-la rouoler au fil de l’eau. Les boules de polystirene attachées representent deux étoiles, qui tournent l’une autour de l’autre. Notez que leur rotation cause des ondulations sur la surface de l’eau: ce sont les ondes gravitationnelles, qui se voient réellement aussi dans l’espace (montrer l’animation suivante, se on l’estime utile).

10. Dire que les pulsars sont affectés par ce phénomène, et que de la Terre nous observons une variation dans la periode/rhythme des pulsars eux-mêmes, parce que le signal prend plus ou moins de temps pour nous atteindre en suivant les ondes génerées, commes les bouées suivent les vagues de la mer. Il s’agit de changements imperceptibles pour nous, mais grâce aux radiotélescopes extrêmemente sensibles utilisés par les scientifiques il est possible de détecter même le plus petites variations de leur rhythme!

11. C’est le moment de simuler le passage d’un’onde gravitationnelle, que nous avons simulé dans l’expériment précedent. Montrez au groupe ce qui se passe quand les pulsars sont traversées par un’onde: simulez un rhythme cadencé pendant quelques secondes, d’un coup vous levez les bras plus en haut, et puis vous jouez votre rhythme (comme si vous etiez frappés par une vague de la mer, qui lève et baisse la main avec laquelle vous jouez).

12. Maintenant, laissez-les tous essayer: chacun avec son rhythme et, au signal du facilitateyr, arrive la vague qui modifie les rhythmes des pulsars.

13. À ce point, demandez la participation d’un “astronome” voluntaire, qui va essayer de comprendre de quelle direction une onde gravitationnelle arrive. Bandez le voluntaire, et demandez-lui d’ouvrir les bras (comme une antenne radio!), et demandez aux autres participants de se disposer en rayon autor de lui/elle.

14. Les pulsar commencent à envoyer leurs propres impulsions, l’un après l’autre. Par un signal convenu precédemment (par example, un clin d’oeil ou une main sur l’épaule) signalez le passage d’une onde gravitationnelle à travers un seul pulsar. Attendez environ 10 secondes, soit avant de lancer la vague, soit après. Quand vous le jugerez bon, arretez les pulsars, retirez le bandage de l’astronome voluntaire, et demandez-lui de deviner d’où vient la vague.

15. Alternez la personne au centre, de sorte que tous les membres du groupe ouissent jouer l’astronome au moins une fois. Si vous avez assez de temps, vous pouvez faire plusieurs tours (ou un niveau plus difficile, dans lequel vous simulez le passage de deux ondes gravitationnelles).

Seconde partie – Construction des pulsars

La dernière étape du laboratoire consiste à construir un pulsar pour chaque membre du groupe, de sorte que chacun ait un souvenir de l’activitè à ramener à la maison.

16. Placez sur la table plusieures feuilles blanches et/ou colorées coupés en bandes de (environ) 7.5 cm x 5.5 cm, et laissez chaque participant choisir deux de la couleur qu’il/elle préfère (en les personalisant éventuellement avec des marqueurs).

17. Avec chaque bande, faitez créer (ou bien créer vous mêmes avant, si vous avez peu de temps) un petit cône avec une pointe très étroite, en utilisant éventuellement du scotch pour le fixer. Les deux cônes (qui representent les faisceaux de lumière) doivent être glissés dans les trous d’une perle de bois (qui represente le pulsar). Vous avez creé un pulsar très personnel!

Example d’un pulsar à laisser comme gadget (ici avec feuilles blanches, à titre d’illustration).

Supernovae

Une supernova est un événement spectaculaire, qui marque l’explosion d’une étoile très massive, qui est huit fois notre Soleil. La lumière émise est comparable à celle émise par le Soleil dans un milliard d’années.
Les supernovae sont cruciales dans la formation des éléments chimiques de l’Univers. À l’exception de l’hydrogène, Hélium et litium, formés dans le Big Bang, tous les autres éléments, comme le carbone et l’oxygène, sont fabriqués à l’intérieur des étoiles. Suite a l’explosion des supernovae, le matériel stellaire riche d’éléments chimiques est libéré dans le Cosmos, donnant naissance à nouvelles étoiles et planètes (comme la Terre): dans ce senss, nous sommes vraiment “enfants des étoiles”!

Deus examples de supernovae, dans lequel les différentes couleurs correspondent à différents éléments chimiques rejetés dans l’ambience à la suite de l’explosion.

Pulsar

Un pulsar (de l’unione des mots anglais “pulsating star”, c’est-à-dire “étoile battante”) est une petite étoile (avec un diamètre d’environ 20 km) qui tourne très rapidement sur elle-même, jusqu’à des milliers de fois par seconde. Les pulsars sont le reste d’ètoiles plus lourdes que notre Soleil (environ huit à douze fois sa masse), qui à la fin del leur vie explosent comme supernovae (voir ci-dessus): au centre de ces dernières reste le “noyau” de l’étoile, extrêmement compact, qui continue à tourner rapidement sur lui-même, le pulsar.

La rotation rapide des pulsars fait que la gaz autour est projeté sur de longs jets puissants. À cause de ces jets, les pulsars émettent des faisceaux de lumière intenses, que nous recevons sur la Terre comme des impulsions rhythmiques edt extrêmement précises.

Ondes radio

Le ondes radio sont un type d’ondes eletcromagnetiche (ne nom physique qui est donné au phénomène de la lumière), pas visible par l’oeil humain. Les êtres humains les utilisent pour communiquer: n’importe quel appareil sans fil (telephones, modem wi-fi, computer, télécommande de la voiture, radio, etc) est conçu pour emettre et recevoir des ondes radio, qui sont ensuite traduits en sons ou images (par example appels ou messages).
En astrophysique les ondes radio, comme tous les autres types de lumière visible et invisible, sont émises par certains objets célestes. Pour les recevoir, on doit utiliser les radiotélescopes, un type particulier de télescopes projetés pour “voir” les ondes radio.

L’ensemble des ondes electromagnetiques connues.

Espace-temps

En physique le terme “espace-temps” indique la structure en 4 dimensions de l’Univers, théorisér par Einstein dans sa théorie de la relativité.
Selon cette thèse, l’Univers a une structure en 4 dimensions: 3 spatiells (longueur, profondeur et largeur) et une temporelle. De cette façon, c’est aussi possibile d’expliquer le concept de force de gravité, comment cette courte vidéo nous explique (link)

Ondes gravitationnelles

Les ondes gravitationnelles sont des oscillations (ondes) de l’espace-temps qui voyagent à la vitesse de la lumière. Elles sont generées lorsque deux corps orbitent l’un autour de l’autre. Plus leur masse est grande, plus ils créent une grande onde.
À ce jour, les seules ondes gravitationnelles que nous avons pu détecter sont celles générées per l’union des trous noirs, tel qu’on explique dans cette courte vidéo (link).