Le diamètre de la région émissive d'une radiosource ne peut être inférieur à la distance parcourue par les ondes radio pendant la durée d'une impulsion telle que l'enregistrent nos instruments. Un raisonnement simple le fait comprendre : si l'émission était quasi instantanée, nous la recevrions encore avec un certain étalement dans le temps, car les radiations émises par la partie la plus éloignée de la radiosource nous arrivent après celles de la partie la plus rapprochée.

La vitesse des ondes électromagnétiques étant bien connue, de même que celle des impulsions des pulsars, on a calculé que leur diamètre maximal varie entre 10 000 et 1 000 km. Ce sont donc des astres très petits, plus petits que notre Terre. Des émissions aussi puissantes venant d'une source de dimensions si faibles supposent une prodigieuse concentration d'énergie. Ce qui — après la périodicité chronométrique des impulsions — constitue une autre énigme proposée aux astrophysiciens.

Le calcul de la distance repose sur le fait que les pulsars n'émettent pas sur une seule longueur d'onde, mais sur une gamme étalée, tout comme les autres radiosources. Or, les ondes de longueurs différentes ne se propagent pas exactement à la même vitesse dans le milieu interstellaire, car ce milieu n'est pas tout à fait vide. Il contient des particules électrisées qui, par réfraction, ralentissent les ondes électromagnétiques, et les ondes les plus longues sont celles qui subissent le plus fort ralentissement.

Connaissant (à peu près) la densité de la matière électrisée interstellaire, et mesurant à la réception du signal le décalage entre ondes plus courtes et ondes plus longues, on a pu situer les pulsars à des distances variant de 100 à 400 années-lumière. À l'échelle de la Galaxie, ils sont nos voisins, alors que les quasars (selon les hypothèses les plus probables) sont des objets extragalactiques infiniment plus éloignés.

Étoiles super-denses

Tel est l'essentiel des données actuellement recueillies sur ces étranges objets de notre Galaxie. Quant à leur nature et au processus physique qui engendre leur rayonnement, les astrophysiciens ne peuvent qu'aventurer des hypothèses. Cinq modèles différents ont été proposés, dont aucun ne rend compte de l'ensemble des propriétés observées. Leur seul point commun est d'attribuer aux pulsars, en même temps que des dimensions modestes, une très forte densité.

On connaît des étoiles appelées naines blanches, que l'on considère généralement comme représentant un stade avancé de l'évolution d'une étoile. Lorsque les réactions thermonucléaires commencent à s'épuiser, elles cessent d'équilibrer les forces de gravité ; la substance de l'étoile tombe vers le centre de l'astre, formant une matière dégénérée dont la densité atteint probablement 10 t au centimètre cube.

Plus récemment, on a avancé l'hypothèse que certaines étoiles connaissent une évolution plus radicale : après avoir explosé en supernovæ, elles subiraient une implosion catastrophique, le cœur de l'étoile s'effondrant sur lui-même et la pesanteur atteignant une valeur telle que les protons absorberaient les électrons, la matière n'étant plus faite que de neutrons entassés, avec des densités de l'ordre de 10 millions de tonnes au centimètre cube.

On n'a pas encore observé une seule de ces hypothétiques étoiles neutroniques, ce qui n'est pas étonnant, car la théorie montre que, si elles existent, elles n'émettent pas (ou très peu) de rayonnement.

Les pulsars s'apparenteraient à ces astres super-denses, ce qui rendrait plausible une grande concentration d'énergie dans un faible volume. Ils seraient de très petites naines blanches, ou bien des astres intermédiaires entre les naines blanches et les étoiles neutroniques. La période d'émission radio correspondrait à une oscillation périodique de la masse de l'étoile, qui déclencherait à chaque fois une libération d'énergie par un mécanisme analogue à celui des lasers.

Dans d'autres modèles proposés il n'y a pas d'oscillation, mais une rotation très rapide de l'étoile sur elle-même en un temps de l'ordre de la seconde. L'émission proviendrait d'une région déterminée de la surface, qui balaierait l'espace à la manière d'un phare. Certains proposent une étoile double, l'astre émetteur étant périodiquement éclipsé par son compagnon ; ou bien encore le compagnon focaliserait l'émission radio par un puissant champ de gravité...

Les pulsars ralentissent

La multiplicité des hypothèses donne à penser qu'une explication satisfaisante ne sera trouvée que lorsqu'on aura mis en œuvre de nouveaux moyens d'observation, Peut-être seront-ils fournis par l'astronomie extra-terrestre, qui vient de faire ses premiers pas (voir ci-dessous). En attendant, les astronomes américains de l'université Cornell annoncent une trouvaille qui vient à l'appui de l'hypothèse selon laquelle les pulsars seraient des étoiles naines à rotation rapide. Ils se sont aperçus que le rythme d'un pulsar très puissant qu'ils avaient découvert tend à se ralentir peu à peu (la période s'allonge d'une fraction de 1/500 par an). D'autres pulsars subiraient la même évolution, quoique selon un facteur plus faible. Cette constatation s'accorde avec le modèle d'une étoile naine qui, ayant atteint son diamètre ultime, perdrait progressivement de sa vitesse de rotation.