Un pulsar est une étoile à neutrons en rotation rapide qui émet de grandes quantités de rayonnement électromagnétique (lumière, rayons X, ondes radio, etc.) et des jets de particules. Une étoile à neutrons est ce qui reste lorsqu’une étoile 4 à 8 fois la masse de notre soleil brûle la majeure partie de son carburant et explose dans une supernova. Les couches externes de l’étoile jaillissent rapidement vers l’extérieur, tandis que le noyau stellaire s’effondre en une sphère d’environ 20 km de diamètre. Certaines étoiles à neutrons ne tournent pas très rapidement, mais celles qui le font sont appelées pulsars.
Des soleils plus massifs que 8 fois la masse de notre soleil s’effondrent pour former des trous noirs, qui émettent très peu de rayonnement car leur gravité est bien si profonde que rien ne peut s’en échapper. Des soleils de moins de 4 fois la masse de notre soleil se transforment en géantes rouges puis en naines brunes, sans s’effondrer en étoile à neutrons. Mais ces soleils qui s’effondrent en étoiles à neutrons libèrent une quantité massive d’énergie dans le processus, en raison de l’énergie pure de la matière qui s’effondre. Parfois, une petite rotation initiale dans le noyau stellaire s’amplifiera considérablement au fur et à mesure que l’effondrement s’ensuivra, car un patineur sur glace a tendance à tourner plus rapidement et il rapproche ses bras vers lui-même.
Les jets de particules et le rayonnement électromagnétique émanent de deux emplacements sur l’étoile à neutrons en rotation : les pôles magnétiques nord et sud. Parce que la gravité de l’étoile à neutrons est si massive (des milliers de fois celle du soleil), très peu de matière ou de lumière s’échappe de toute autre partie du pulsar. Parce que les pôles magnétiques sont légèrement désalignés avec l’axe de rotation, tout comme sur Terre, nous observons les pulsars comme des sources lumineuses qui clignotent à une fréquence régulière, car les pôles magnétiques tournent autour de la rotation de l’étoile. Ce phénomène a été observé pour la première fois par l’étudiant diplômé Jocelyn Bell Burnell à la fin de 1967.
Les pulsars produisent des champs magnétiques environ mille milliards de fois plus intenses que ceux de la Terre. Les pulsars dans des configurations binaires avec des étoiles normales sont les plus facilement observables, car toutes les étoiles à neutrons ont tendance à retirer de la matière de leurs étoiles compagnes, ce qui entraîne un disque d’accrétion lumineux. Les pulsars accrétant de la matière d’une étoile compagne ont tendance à tourner encore plus rapidement à mesure qu’ils gagnent en masse. Les pulsars tournent entre 10 et 1000 fois par seconde, certaines variantes tournant encore plus rapidement. Les taux de rotation de certains pulsars sont si réguliers qu’ils sont connus comme les horloges les plus précises de l’univers. Parmi les objets cosmologiques les plus exotiques, les pulsars nous ouvrent une fenêtre sur un monde étrange où les champs gravitationnels et électromagnétiques de haute intensité sont exposés à des vitesses relativistes, testant ainsi les limites mêmes de notre compréhension de la physique.