LA LENTILLE RéFRINGENTE
 

Le 19 Sept 2002 le STScI publie sur Internet un document remarquable. Il s'agit d'une série de clichés, pris à l'aide du HST, et montés sous forme d'une animation montrant l'évolution du centre du Crabe dans un intervalle de plusieurs mois. (NASA/HST/ASU/J.Hester & al).

Un zoom, ci-contre, effectué dans cette animation met en évidence, parmi bien d'autres phénomènes étonnants, une onde qui se propage depuis le cœur du Crabe et qui, comme dans un miroir, est dédoublée par une onde qui se propage vers le cœur.
Ceci ne semble pouvoir s'expliquer que par un effet de réfringence sur le bord d'une bulle de gaz en expansion.
L'étrange cassure du jet principal trouve là aussi une explication par le simple jeu de la réfraction dans le gaz.
Le Zoom complet (988 Ko) qui est disponible ICI, est un montage de 23 images prises avec des intervalles de 11 jours. Soit 8 mois.

Le Pulsar vu par le NOAO

La variation de distance Etoile - Pulsar comme preuve supplémentaire de cet effet de réfringence ?

Nous avons repris la séquence réalisée par le NOAO avec la caméra KPCA. Puis nous avons réalignés les huit premiers instantanés significatifs pour pouvoir faire des mesures comparatives de la distance séparant l'étoile du pulsar.
Les caractères A, B, et C servent de repères aux trois colonnes.
Les onze lignes de chaque colonne sont numérotées de 0 à 10.

1. Nous ne présentons ici que la séquence A. Mais nous pourrions vous présenter la séquence B avec des résultats équivalents. Dans la séquence C, le pulsar est toujours éteint et donc nous interdit quelque mesure que ce soit.

2. Nous avons alors mesuré, dans chaque image, l'écart en pixels entre l'étoile et le pulsar.

A00	A01	A02	A03	A04	A05	A06	A07
OFF	OFF	ON	ON	ON	ON	ON	OFF

• Sur les instantanés la distance entre l'étoile et le pulsar est, à l'état ON, de 45 pixels. Elle est juste, avant l'état OFF, de 55 pixels environ. La variation de distance est donc de 10 pixels. Cette variation représente 20 % de la distance, soit 2000 km.

• Nous remarquons que la variation de distance est synchrone jet et du pulsar. La distance est minimale au maximum d'éclat du pulsar.

• L'écart temporel entre chaque image est de 1 ms, donc le  trajet aller-retour (4000 km) du pulsar serait donc parcouru en 5 ms (5 périodes du pulsar). Ce qui donne une vitesse moyenne de  l'ordre de 800.000 km/s. Vitesse absolument incompatible avec les lois de la physique.

• Il faudrait donc corriger la distance calculée précédemment dans le rapport 300.000 / 800.000 soit 3/8. Ce qui donnerait une distance :

D < 10000(3/8) soit  3700 km

Et une variation de distance < 500 km.
Ce qui en 5 ms est impossible compte tenu de la masse du pulsar et donc de son inertie. Il faut donc trouver une autre explication.

1. Soit cette variation serait due à la déformation de la magnétosphère du pulsar sous l'impact du jet, ce qui de loin nous donnerait l'illusion de ce mouvement. Ce qui résoudrait le problème d'inertie du à la masse du pulsar, mais poserait alors celui de l'inertie magnétique de la magnétosphère.

2. Soit elle serait due à l'onde de choc acoustique due à l'impact du jet. Cette onde de choc provoquant une variation locale de densité du gaz et donc une variation locale de l'indice de réfraction, et en conséquence une modification du facteur de grossissement en direction de l'observateur terrestre.
   Nous privilégions cette deuxième hypothèse.  (Rasoir d'Occam).

HYPOTHESES

• Si cet effet de réfringence est bien réel, alors l'hypothèse de l'effet de lentille, que nous avions envisagé précédemment, devient vraisemblable.

• Les ondes que l'on voit se déplacer seraient des ondes de densité se propageant  dans une bulle de gaz à gradient de densité.

• Ceci implique un gradient d'indice et des ondes de gradient d'indice de réfraction dans cette bulle de gaz. (Effet Kerr optique)

• Ces ondes de gradient d'indice de réfraction sont superposées les unes sur les autres. L'ensemble se comporte alors comme un système optique complexe, dont le grossissement global G est le produit des grossissements individuels de toutes les ondes. Cela peut s'exprimer approximativement par  G = g^N

• Le facteur de grossissement de 0,5.10⁸ qui semblait totalement impossible à expliquer trouve ainsi une explication simple.

Le schéma, ci-contre, représente la structure globale du cœur du Crabe. On y trouve:

1. En bleu, les jets symétriques mis en évidence par le HST et par CHANDRA.

2. En brun, le jet périodique que nous avons mis en évidence^*.

3. En orange, le jet continu que nous avons mis en évidence^*.

4. En rouge l'étoile compagne d'où est issu le jet périodique^*.

5. En jaune, le pulsar.

^* Voir la page précédente: Un Os dans le Crabe

La simulation, ci-contre, a été réalisée en utilisant le schéma ci-dessus. Elle montre un certain nombre d'effets de réfringence qui peuvent se produire dans une bulle fluctuante et en expansion.

• En bas à gauche l'effet de miroir.

• Les jets peuvent être déformés (cassure). Le grand jet visible dans le zoom est effectivement cassé.

• Les objets peuvent être dédoublés. Et c'est bien, semble t'il,  le cas du pulsar.

 
Une autre bulle de Gaz à gradient d'indice 3C 58 ?  New
 

Le 15/12/2004 Chandra publie des images de la Nébuleuse 3C58 et les compare fort à propos avec la Nébuleuse du Crabe.
Les structures sont parfaitement semblables. 3C 58, qui contient un pulsar de 66 ms, pourrait donc être un deuxième exemple de bulle de gaz présentant des effets de réfringence.
On peut, en particulier noter la cassure si caractéristique du jet principal, et, dans les deux cas, l'existence d'ondes de densité.

 CONCLUSIONS :

1. Ce faisceau d'indices convergents semble bien prouver cet effet de lentille. Toutefois d'autres observations sont indispensables pour valider définitivement cette hypothèse.

2. La mesure de l'indice de réfraction semble possible en divers points de cette bulle de gaz. On devrait pouvoir en déduire la densité et le gradient de densité, et par voie de conséquence, les dimensions et les distances véritables séparant les divers objets situés dans le cœur du Crabe.

3. Pour finir, il faut rechercher l'origine de cet indice de réfraction. Est-il dû, comme il a été supposé ici, à la densité du gaz dans le coeur du Crabe, ou bien à l'existence de champs magnétiques dans le plasma fortement ionisé ?

4. Le cas de 3C 58 montre que ce phénomène n'est pas exceptionnel.

Documents :

1. Jets et Systèmes binaires - Bernard Lempel. L'Astronomie Vol 117 - Sept 2003. SAF. (PDF=1,6 Mo)

2. Le pulsar du Crabe, Faits et Contradictions.  New

3. La lumière déviée par le vide quantique : la preuve dans un système de pulsars double ?

4. http://fr.arxiv.org/abs/quant-ph/0504039
   Observing Quantum Vacuum Lensing in Magnetized Neutron Star Binary System.

5. Sphère à gradient d'indice (PDF) Un peu de mathématiques.