Cette semaine, nos articles de la rubrique Sciences sont consacrés aux portraits de cinq femmes, cinq brillantes scientifiques aux découvertes pionnières ou décisives, et que l’histoire des sciences a oubliées.

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La découverte des pulsars, contraction de pulsating star, est considérée comme une avancée majeure dans le domaine de l’astrophysique. Alors qu’elle rédige encore sa thèse à l’Université de Cambridge, Jocelyn Bell-Burnell est la première à observer le signal radio émis par ces objets astronomiques particuliers en 1967.

Pourtant, sept ans plus tard, c’est son directeur de thèse, Antony Hewish, et un autre astronome, Martin Ryle, qui se partageront le Prix Nobel de physique attribué à des recherches en astronomie, sans qu’elle y soit associée. L’Académie Nobel les récompense «pour leurs recherches pionnières en radioastrophysique: Ryle pour ses observations et inventions, notamment sur la technique de synthèse des ouvertures, et Hewish pour son rôle décisif dans la découverte des pulsars». Le nom de Jocelyn Bell figurait pourtant en deuxième position parmi les cinq signatures de l’article paru en 1969 dans la revue Nature et ayant révélé leur existence.

Les pulsars sont des étoiles à neutrons, nées de l’effondrement gravitationnel de certaines étoiles géantes, d’un rayon d’une dizaine de kilomètres seulement. Elles sont caractérisées par une très forte densité: un dé à coudre de la matière qui les compose pèse environ 1000 milliards de tonnes. Ces astres sont en rotation à très grande vitesse et sont entourés d’un champ magnétique très intense. Dans leur grande majorité, ils ne sont pas directement observables, mais émettent un signal radio intermittent, perceptible depuis la Terre, projeté dans un cône depuis les pôles magnétiques à l’image du faisceau d’un phare. La compréhension des mécanismes qui les entourent fait appel à de nombreux champs et théories de la physique moderne. C’est ce qui rend leur découverte si importante.

Une aiguille dans une botte de foin

La présence de ces étoiles à neutrons avait été théorisée dès les années 1930, mais avant les observations de Jocelyn Bell il n’existait aucune preuve de leur existence. Et, comme souvent en science, les pulsars ont été découverts alors qu’ils n’étaient pas le sujet des recherches menées par l’astrophysicienne.

Après avoir obtenu une licence en physique à l’Université de Glasgow en 1965, elle rejoint l’équipe d’Antony Hewish, composée d’assistants de recherche encore étudiants, pour participer à la construction d’un radiotélescope destiné à l’étude des quasars (pour quasi-stellar radio source), des entités parmi les plus lumineuses de l’Univers, considérées comme étant à l’origine de la formation des galaxies. L’exploitation du télescope et l’analyse des données échoient à Jocelyn Bell sous la supervision d’Antony Hewish.

Chaque jour, les informations récoltées par le radiotélescope représentent une trentaine de mètres de papier (120 mètres pour un balayage complet du ciel). En l’absence d’ordinateur, la tâche fastidieuse de lire ces données pour repérer les quasars se fait à la main. Au fur et à mesure de ce travail, Jocelyn Bell s’habitue à éliminer les interférences humaines et les «bugs», mais parmi les données elle observe un signal qui se répète occasionnellement, situé dans une portion précise du ciel, sans qu’elle puisse l’expliquer. Cette anomalie n’occupe que 0,5 centimètre sur l’ensemble d’une analyse du ciel.

Du bug au pulsar

En l’état, les données sont inexploitables puisque le signal est trop resserré pour qu’il soit possible de déterminer son origine. Pendant un mois, Jocelyn Bell cherche à obtenir des données plus lisibles, sans retrouver cette anomalie. Après avoir failli manquer son retour par dépit, elle observe un signal qui se répète régulièrement, avec une période d’environ 1,30 seconde entre chaque pulsation.

Face à la régularité de ce signal, son directeur de thèse estime dans un premier temps qu’il s’agit d’une interférence humaine. Mais Jocelyn Bell persiste. L’emplacement ne correspond à aucun satellite en orbite stationnaire et aucune interférence au sol ne permet d’expliquer pourquoi le signal apparaît aussi peu de temps. Pour s’assurer qu’il ne s’agit pas d’un défaut de l’appareil de mesure, un autre radiotélescope de l’université est utilisé pour faire des mesures comparatives, et encore une fois le signal apparaît.

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Toutefois ce dernier pose problème puisque l’amplitude des pulsations est faible, ce qui suggère qu’il s’agit d’un objet de petite taille. Mais sa régularité indique que l’objet en question dispose d’une grande quantité d’énergie qui ne faiblit pas, donc qu’il devrait être de grande taille. Une fois l’hypothèse des «petits hommes verts» écartée, Jocelyn Bell poursuit ses observations et identifie trois autres sources. Les données sont suffisantes pour lancer le processus de publication de cette découverte. Le nom de pulsar ne sera trouvé qu’après la publication de l’article de Nature.

Syndrome de l’imposteur et sexisme

L’astrophysicienne a affirmé qu’elle comprenait la décision du Comité Nobel de ne pas l’associer au prix en tant qu’étudiante. Malgré cet «oubli», Jocelyn Bell-Burnel reste largement reconnue au sein de la communauté scientifique, même si son nom est peu connu du grand public. Aujourd’hui, elle est régulièrement invitée pour parler de sa carrière et de ses découvertes, et à ces occasions elle n’hésite pas à rappeler les difficultés rencontrées à l’époque.

Dans une de ses conférences diffusée sur YouTube en février dernier, elle évoque l’intérêt médiatique qui a suivi la publication de sa découverte. A Antony Hewitt sont posées les questions scientifiques, elle, elle est interrogée sur ses mensurations, le nombre de petits amis qu’elle a eus ou comment elle décrirait sa couleur de cheveux. Un photographe lui demande aussi de défaire quelques boutons de son chemisier.

Elle aborde aussi son syndrome de l’imposteur, concept qui n’existait pas à l’époque mais qu’elle plaque aujourd’hui sur son vécu. La carrière de Jocelyn Bell, née en 1943 à Belfast, en Irlande du Nord, aurait pu ne jamais démarrer. Dans son école, seuls les garçons suivent le cours de science, tandis que les filles apprennent le point de croix et la cuisine. Grâce à l’insistance de ses parents, elle est autorisée à suivre cet enseignement. Mais en arrivant à Cambridge, elle a le sentiment de ne pas être à sa place et que la moindre erreur pourrait signifier son renvoi. Paradoxalement, elle explique également que c’est ce sentiment qui l’a poussée à poursuivre cette anomalie.

A l’issue de sa thèse, Jocelyn Bell a enseigné et travaillé dans plusieurs universités, dont la prestigieuse Université d’Oxford et l’University College de Londres. L’astrophysicienne a présidé la Société royale d’astronomie de 2002 à 2004 et l’Institute of Physics, la principale association de physique du Royaume-Uni. Ses découvertes lui ont également valu de nombreux prix et récompenses, dont le Prix spécial de physique fondamentale (Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics), qui salue une découverte révolutionnaire. Parmi les quatre autres lauréats de ce prix, on trouve Stephen Hawking ou les chercheurs à l’origine de la découverte du boson de Higgs. Jocelyn Bell a choisi d’utiliser les 3 millions de dollars de dotation de ce prix pour financer des bourses de doctorat pour de jeunes chercheurs issus de minorités sous-représentées en physique.