Observations de pulsars

Le radiotélescope de la Villette détecte le pulsar PSR B0329+54

Il y a quelques semaines nous étions trop pessimistes quant à la possibilité d’enregistrer le signal d’un pulsar dans l’état actuel des performances du radiotélescope de la Villette.

Nous écrivions que pour cela nous devrions gagner en qualité au niveau de la réception des signaux (rapport signal / bruit dépendant le l’amplificateur en tête). Ceci se fera prochainement en changeant le préamplificateur situé au niveau du dipôle de réception au foyer de l’antenne du radiotélescope. Le préamplificateur qui va remplacer celui mis en place au moment de la construction de l’instrument il y a 37 ans en 1984 à Nançay sera beaucoup plus performant avec un très faible facteur de bruit (0,30 dB par rapport à 1,8 dB (2,1 dB mesuré récemment). Nous remplacerons également la cavité qui renferme le dipôle par une cavité assurant une réception des signaux en polarisation circulaire au lieu de linéaire ce qui apporte un avantage. Enfin nous changerons le câble coaxial qui a également vieilli et apporte sa part d’atténuation et de bruit dans le système de réception actuel.

Cependant, qui ne tente rien n’a rien et François-Xavier N5FXH, Rémi F6CNB / N5CNB et Jean-Jacques F1EHN ont relevé le défit.

Jean-Jacques a posté le message suivant le 27 octobre 2021

« Rémi et FX ont enregistré des données, lors de la poursuite du pulsar PSR B0329+54 le 25/10/2021. Je viens de les traiter. Il a fallu un léger ajustement des paramètres et le résultat est très bon.

C’est presque normal pour une antenne de cette catégorie car il s’agit du pulsar le plus puissant en 21 cm. De plus il a peu de dispersion et donc ça facilite son observation avec des moyens simples.

J’ai utilisé la suite MK17b http://parac.eu/projectmk17b.htm (voir la documentation). Deux fichiers de 15 min ont été enregistrés avec une clé récepteur RTL-SDR à 2MHz. Les deux fichiers donnent des résultats similaires.

Voici le profil du pulsar replié sur 128 bin (par période). 15 min soit 900s ou 1258 périodes de pulsar. Le rapport Signal / Bruit (SNR) est très bon.

Voici l’intensité en fonction du temps selon 25 lignes de 50 périodes repliées. On voit que le PSR est bien présent. Il n’y a pas de dérive, l’acquisition est stable.

La vue multi-plots regroupant les mêmes infos + la vue spectrale (les 10 canaux sont OK).

30 octobre 2021 – Analyse des signaux du pulsar PSR B0329+54

Jean-Jacques Maintoux a procédé à une analyse complémentaire des signaux.

2 périodes

Le radiotélescope fonctionne bien. Bravo ! Amicalement » – JJ F1EHN

1er novembre 2021 – Confirmation de l’identité du pulsar B0329+54

Jean-Jacques Maintoux confirme la signature caractéristique du pulsar grâce à une analyse plus précide de son signal : « Pour B0329+54, pas de doute de détection, ses principales caractéristiques sont là. Les pré-pulse et post-pulse sont une belle signature ainsi que Répétition et Largeur de pulse. Le SNR est également proche de l’attendu ».

Notre radioastronome amateur a refait un traitement avec une résolution améliorée (216 bin) au détriment d’une petit perte de SNR. Mais cela permet de mettre en évidence les pré et post pulses du mode « normal switching » du PSR B0329+54. Jean-Jacques a joint une note qui discute les phénomènes de commutation de mode « Mode-switching » de certains pulsars (dont B0329+54).

Jean-Jacques F1EHN a poussé un peu plus la résolution, au détriment du SNR, à 700bin/périod soit environ 1ms de résolution.

On peut estimer ainsi la largeur du « pulse » à mi-hauteur (flèche) avec les limites de résolution et de SNR (précision de l’ordre de +/- 1ms)

La largeur relevée est de l’ordre de 7ms.

Pour mémoire, la largeur W50 de B0329+54 est de 6.6 ms.

La période topocentrique du pulsar est de l’ordre de 0.71449 s.

JJ F1EHN

Il y a quelques années, Jean-Jacques F1EHN avait utilisé l’enveloppe des pulses de B0329+54, relevée avec son antenne, pour moduler un bruit blanc audio synthétique.

Les radiotélescopes les plus puissants peuvent enregistrer directement les pulsars sans besoin d’analyses complexes des signaux.

Si on avait une très grosse antenne comme Parkes : https://www.parkes.atnf.csiro.au/people/sar049/eternal_life/supernova/pulsars.html )

Le SNR n’est pas le même 😉

Jean-Jacques Maintoux, radioastronome amateur, avait estimé que le pulsar PSR B0329+54 (J0332+5434) pouvait être enregistré avec le radiotélescope de la Villette. En enregistrant le signal pendant deux minutes et en utilisant le logiciel adapté nous pourrions le détecter. François-Xavier a adapté le code du logiciel au format de numérisation 12 bits de notre récepteur SDR. Jean-Jacques F1EHN a fait le test avec environ deux minutes car ce pulsar a une forte scintillation et donc on peut avoir des creux et absences de signal assez longs.  Le signal est faiblement polarisé donc l’antenne du radiotélescope devrait convenir car elle est polarisée linéairement. Sa période de rotation est connue avec une très grande précision comme celle de nombreux pulsars du fait de leur extrême régularité (0,71451866398 secondes) et de leur mesure effectuée sur une très longue durée.

Quelques observations personnelles de Jean-Jacques sont rapportées dans ce papier.

Historique

C’est en 1967 que Jocelyn Bell a découvert le premier pulsar.

Graphique sur lequel Jocelyn Bell Burnell a identifié pour la première fois la présence d’un pulsar, exposé à la bibliothèque de l’université de Cambridge.

Joe Taylor K1JT est un radioamateur connu pour ses logiciels de communication numériques. Joe Taylor partage le prix Nobel de physique de 1993 « pour la découverte d’un nouveau type de pulsar, une découverte qui a ouvert de nouvelles possibilités pour l’étude de la gravitation ». En tant que radioamateur, il a été à l’initiative d’une « DX expedition » en avril 2010 au radio- télescope d’Arecibo récemment détruit. Il a utilisé l’immense gain de l’antenne du radiotélescope afin d’émettre des signaux radio en direction de la lune ( EME ou Moonbounce ) et ce afin de communiquer avec des radio-amateurs à travers le monde en utilisant la voix, le code Morse et des signaux numériques. L’antenne de 300 m de diamètre procurait un énorme gain de 60 dB sur 435 MHz ! Ceci a facilité la réception via la lune de la station KP4AO opérée par K1JT par une station portable installée sur une terrasse de Paris à l’occasion des Journées mondiales EME (Earth-Moon-Earth, Terre-Lune-Terre) le 18 avril 2010.

Une liste de pulsars notables.

PSR B0329+54Camelopardalis
Right ascension03h 32m 59.368s[1]
Declinaisoon+54° 34′ 43.57″[1]
Distance3,460 ly
(1,060 pc)
Spectral typePulsar
Cette image a un attribut alt vide ; le nom du fichier est 290px-chandra-crab.jpg
Le pulsar du Crabe. Cette image est la combinaison de données optiques de Hubble (en rouge) et de rayons X de Chandra (en bleu).

Le pulsar du Crabe (PSR B0531+21, NP 0532, PSR J0534+2200) est le pulsar le plus énergétique connu en termes de luminosité de ralentissement. Sa période de rotation est d’environ 33 ms (0,0334033474094). La lente augmentation de sa période de rotation génère un rayonnement électromagnétique qui est plus de 100 000 fois plus intense que le Soleil, générant environ 4,5×1031W. Ce rayonnement est entre autres responsable de la forte luminosité de la partie centrale de la nébuleuse du Crabe, générée par rayonnement synchrotron. L’analyse spectrale n’est pas tout à fait adaptée à la mise en évidence du signal du pulsar du Crabe dont la fréquence de rotation est de 30 Hz avec de temps en temps des sursauts plus puissants.

TypePulsar jeune
Galaxie hôteVoie lactée
ConstellationTaureau
Ascension droite05h 34m 31,97s
Déclinaison22° 00′ 52,1″
Coordonnées galactiques = 184,5575 · b = −5,7843
Découverte1968

Des logiciels spécifiques ont été écrits pour détecter des pulsars (http://parac.eu/projectmk17b.htm). Le site Neutron-Star publie des informations sur les pulsars :  http://neutronstar.joataman.net/. Rémi F6CNB a identifié un groupe qui travaille sur un autre logiciel. François-Xavier N5FXH trouve cet autre site excellent : http://parac.eu/. François-Xavier a recodé la partie calcul du processus du code pulsars 3pt. Cela donne pour le pulsar Vela des courbes à peine discernables du traitement pur avec le code 3pt.

Pour être précis, le code 3pt a deux parties: 1) la partie calcul en binaire Windows: FFT + intégration cohérente + traitement de la dispersion ; 2) la partie plot en python (non modifiée).

François-Xavier a refait une portion de la partie calcul, à savoir la FFT et l’intégration cohérente. Sur le pulsar Vela qui a une DM relativement faible, cela donne un résultat convenable. Il prévoit de continuer sur la partie traitement de la dispersion.

http://neutronstar.joataman.net/amateur_challenges/index.html

Savez-vous qu’il existe une ‘chatroom‘ GNUradio sur les pulsars ? https://chat.gnuradio.org/#/room/#sdr-pulsar:gnuradio.org

Références :

Antony Hewish utilisa avec son étudiante d’alors Jocelyn Bell des instruments du MRAO pour découvrir les pulsars. Hewish et Ryle furent récompensés du prix Nobel de physique pour leur contribution à la radioastronomie.

L’astronome David A. Green, spécialiste des rémanents de supernova est actuellement (2008) en poste au MRAO. Son catalogue électronique de rémanents est hébergé sur le site du MRAO ([1] [archive]).

https://safe.nrao.edu/vlba/psrpi/

Déduire la distance du pulsar à partir de DM:

http://lpc2e.cnrs-orleans.fr/~icognard/anneephys2005/crabe-radio.pdf

modèles de contenu électronique :

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/835/1/29/pdf

https://www.researchgate.net/publication/275552468_Pulsar_distances_estimated_from_the_21-cm_absorption_line

http://dses.science/our-second-confirmed-pulsar

Article de Jean-Jacques F1EHN dans la revue l’Astronomie n°101, janvier 2017