Un pulsar est une étoile qui, à la fin de sa vie, s'est contractée considérablement pour devenir une étoile à neutrons. Son diamètre ne mesure plus que quelques dizaines de kilomètres, provoquant des effets spectaculaires :
De plus, comme les pôles magnétiques de l'étoile ne coïncident généralement pas avec les pôles géographiques, ce faisceau tourne dans l'espace, à l'image d'un phare de marine. À chaque rotation, si le faisceau se trouve dirigé vers la Terre, on reçoit une impulsion d'ondes radio, d'où le nom de ``pulsar''.
À cause du très faible rapport signal sur bruit des observations de pulsars millisecondes, leur stabilité à court terme est très médiocre. Par exemple, dans le cas de PSR 1937+21, dont la période vaut 1,6 ms, on ne peut dater ses impulsions qu'avec une précision de l'ordre de 0,5 ms (1 microseconde vaut un millionième de seconde), soit une stabilité à court terme de 3.10-4 seulement.
Par contre, leur stabilité à long terme est excellente puisque, toujours dans le cas de PSR 1937+21, on n'a pas perdu le compte des impulsions qu'il a envoyé depuis le moment où il a été découvert. Malheureusement, la cosmologie prévoit que l'univers est baigné par un bruit d'ondes gravitationnelles, qui serait un ``écho'' du Big Bang. L'effet de ce bruit d'ondes gravitationnelles serait de faire fluctuer aléatoirement la métrique de l'espace-temps de l'univers. Tout se passerait donc comme si la distance entre un pulsar et nous variait de manière aléatoire, induisant des avances ou des retards dans la réception des impulsions. Les théoriciens ont calculé que cet effet serait très lent, et qu'on ne pourrait le détecter que sur des temps très longs (l'effet serait maximal pour une durée égale au temps mis par la lumière pour aller du pulsar jusqu'à nous, soit 15000 ans dans le cas de PSR 1937+21 ! ). Cet effet pourrait donc limiter la stabilité à très long terme des pulsars millisecondes.
Au sein de l'équipe Temps-Fréquence de l'observatoire de Besançon, nous avons participé à la caractérisation de la stabilité à long terme des pulsars millisecondes, notamment PSR 1937+21 et PSR 1855+09. Il n'a été possible que de fixer une limite supérieure aux instabilités à long terme de ces deux ``horloges astronomiques''. Suivant nos résultats, leur stabilité serait meilleure que celle du TAI uniquement pour des durées comprises entre 6 mois et un an : avant 6 mois les instabilités à court terme dominent, après un an les instabilités à long terme commenceraient à se manifester.
Ces conclusions ne sont pas définitives car la durée de la séquence d'impulsions étudiée était très courte (de l'ordre de 10 ans) pour mettre en évidence de façon sûre des instabilités à très long terme. D'autre part, l'étude du mouvement orbital des pulsars binaires semble aussi une piste très prometteuse et pourrait permettre d'envisager une autre échelle de temps. Cependant, il faut aussi considérer que la stabilité du TAI ne cesse de s'améliorer, et pourrait encore gagner un ordre de grandeur dans les années à venir grâce aux progrès réalisés dans les nouvelles générations d'horloges.