L’étoile à neutron : un résidu à la suite d’une collision gravitationnelle

Les étoiles à neutrons se caractérisent par des noyaux minuscules et très denses d’étoiles en explosion. Ces étoiles font partie des objets les plus insolites de notre existence. Les masses d’une étoile à neutrons sont environ 1,4 fois plus importantes que celles du Soleil, mais leur poids peut atteindre jusqu’à 2 masses solaires. Le poids énorme d’une étoile à neutrons est comprimé dans une étoile minuscule ne mesurant pas plus de 15 kilomètres de large.

Les étoiles à neutrons sont extrêmement lourdes, une cuillerée de matière d’étoile à neutrons pesant plus d’un milliard de tonnes sur Terre. Selon les scientifiques, les étoiles à neutrons se forment après l’explosion d’une énorme étoile au stade de supernova. L’effondrement du noyau de l’étoile forme un objet minuscule et dense. Les étoiles à neutrons sont intéressantes à étudier en raison de leurs propriétés étranges et de leur potentiel pour des phénomènes tels que des forces gravitationnelles extrêmes et un champ magnétique puissant.

Que sont les étoiles à neutrons et quelles sont leurs limites comme la masse ?

Après une supernova, un effondrement gravitationnel se poursuit, selon les connaissances actuelles, lorsque le noyau de l’étoile a suffisamment de masse. En revanche, un trou noir se développe en lieu et place d’une étoile à neutrons. Ainsi, la ligne de fracture qui sépare ces étoiles des trous noirs reste un sujet très controversé, les estimations s’échelonnant de zéro à trois masses solaires. L’existence d’une « masse manquante », qui se situe entre environ 2 masses solaires et 5 masses solaires, a été détectée pour la première fois par les astrophysiciens. Pour certains, cette tranche de masse contient des trous noirs ultralégers, mais aucun n’a encore été découvert.

La structure interne de cette étoile connaît également de multiples théories. Selon l’opinion actuelle, l’étoile est recouverte d’une fine croûte de fer, d’un kilomètre d’épaisseur peut-être. Sous cette croûte se trouve un épais mélange de neutrons qui se présentent sous différentes formes au fur et à mesure que l’on descend dans l’étoile à neutrons. Après sa formation, une étoile à neutrons ne produit ni lumière ni chaleur. La chaleur latente se refroidit progressivement pendant plusieurs millions d’années à partir d’une température initiale de 600 000 degrés Kelvin, pour finalement devenir le vestige froid et mort d’une étoile autrefois glorieuse.

Les étoiles à neutrons sont extrêmement denses et possèdent donc de puissants champs magnétiques et gravitationnels. En effet, sa gravité est 1 milliard de fois plus forte que la gravité de la Terre. En l’absence d’éléments élevés, la surface d’une étoile à neutrons est extrêmement lisse, la gravité empêchant tout élément substantiel de se développer. Les étoiles à neutrons sont connues pour avoir des « montagnes », malgré leur hauteur de quelques centimètres seulement.

Y-a-t’il des étoiles à neutrons dans la Voie lactée ?

Les étoiles à neutrons comptent parmi les objets les plus fascinants du cosmos. Ces vestiges ultra-denses d’étoiles explosées sont incroyablement fascinants en raison de leurs propriétés étranges et du potentiel de phénomènes tels que des forces gravitationnelles extrêmes et un champ magnétique puissant. La récente détection de l’étoile à neutrons GW170817 par les observatoires LIGO a jeté une nouvelle lumière sur ces objets intrigants et sur le rôle qu’ils pourraient jouer dans la création d’éléments lourds.

Dans la Voie lactée, plus de 100 millions d’étoiles à neutron existent, mais plusieurs d’entre elles sont très vieilles ainsi que froides au point d’être peu détectables. Les collisions d’étoiles à neutrons comptent parmi les événements les plus violents de l’univers. Le terme magnétar désigne une étoile à neutrons dotée d’un champ magnétique exceptionnellement puissant. La source des étoiles à neutrons, en particulier les magnétars et les pulsars, semble provenir d’un certain nombre de phénomènes étranges, notamment les répétitions de rayons gamma mous (GR) et les énigmatiques sursauts radio rapides (FRB).

Les étoiles à neutrons et leur relation avec les pulsars

Les étoiles à neutrons étaient auparavant prévues dans la théorie astrophysique, mais la première a été découverte en 1967 sous la forme d’un pulsar. Depuis, plusieurs autres étoiles à neutrons ont de nouveau été découvertes, dont le célèbre pulsar de la nébuleuse du Crabe.

Les étoiles à neutrons possèdent des champs magnétiques extrêmement puissants qui dirigent les ondes radio en deux faisceaux depuis leurs pôles magnétiques. L’observation des flashs de lumière radio est réalisée à intervalles réguliers et assez précis lorsque l’objet est correctement positionné par rapport à la Terre, autrement dit, uniquement dans l’hypothèse où ces faisceaux sont visibles depuis notre perspective terrestre.

Avec une précision comparable des horloges atomiques, ces étoiles jouent le rôle principal de chronométreurs célestes du système cosmique. Grâce aux faisceaux radio d’un pulsar, la vitesse de rotation d’une étoile à neutrons peut être connue. L’étoile à neutrons la plus rapide jamais découverte tourne à la vitesse stupéfiante de 716 tours par seconde, soit environ un quart de la vitesse de la lumière.

Les étoiles à neutrons et leur origine

L’équilibre entre la gravité et la pression propre de l’étoile est essentiel pour la majeure partie de leur existence. La gravité tente de comprimer l’étoile, tandis que la pression interne de l’étoile tente de la pousser vers l’extérieur. Au cœur de l’étoile, la fusion nucléaire génère cette poussée vers l’extérieur. Les étoiles brûlent en fusionnant des atomes dans leur cœur, libérant de l’énergie qui est ensuite rayonnée dans l’espace.

Lors de l’explosion d’une supernova, le phénomène de gravité domine de manière soudaine et spectaculaire, la guerre contre la pression interne de l’étoile qui dure depuis des milliards d’années n’existant plus. La gravité comprime en effet immédiatement l’étoile vers l’intérieur, au fur et à mesure que son combustible nucléaire s’épuise et que la pression externe disparaît. L’étoile éclate sous l’effet d’une onde de choc qui se propage vers le centre et rebondit. Cet événement se déroule sur un court laps de temps qui peut ne se produire qu’en quelques secondes.

La gravité, quant à elle, n’a pas encore remporté une victoire totale. Après l’expulsion de la majeure partie de l’étoile dans l’espace, les restes de cette dernière comptent sans doute seulement quelques fois la masse du Soleil. Ensuite, la gravité comprime encore plus l’étoile, et les atomes sont tellement compacts et entassés que les électrons sont violemment projetés dans leurs parents nucléaires, pour se combiner aux protons lors de la formation des neutrons. L’étoile à neutrons est appelée ainsi en raison de sa composition. D’une taille d’une ville, la gravité a formé une substance super dense, riche en neutrons, connue sous le nom de neutronium.

Conclusion

Les étoiles à neutrons forment les noyaux écrasés d’étoiles autrefois gigantesques et fracturées à l’extrême par des explosions de supernova. Pas aussi immense qu’un trou noir, cette étoile est alors plus dense que les autres formes d’étoiles existantes. Les étoiles à neutrons sont associées à des propriétés et des phénomènes étranges et sont toujours étudiées afin de percer tous leurs secrets. Au fur et à mesure que nous étudierons les étoiles à neutrons, nous découvrirons certainement des informations encore plus fascinantes à leur sujet.