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Des astronomes observent une étoile à neutrons « se charger » et générer une explosion extrême de rayons X

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| NASA/JPL

Pour la toute première fois, des astronomes ont pu observer l’intégralité du processus en œuvre lorsqu’une étoile à neutrons absorbe de la matière à partir de son disque d’accrétion, et déclenche ensuite une puissante explosion de rayons X.

Une étoile à neutrons est un astre principalement composé de neutrons maintenus ensemble par les forces de gravitation. De tels objets sont le résidu compact issu de l’effondrement gravitationnel du cœur d’une étoile massive, lorsque cette dernière a épuisé son combustible nucléaire. Cet effondrement s’accompagne d’une explosion des couches externes de l’étoile, qui sont complètement disloquées et rendues au milieu interstellaire (un phénomène appelé explosion de supernova).

Il faut savoir que la matière la plus dense observable dans l’univers se trouve au cœur des étoiles à neutrons : il arrive que ce type d’astre forme un couple avec une étoile compagnon, ce système binaire se caractérisant par un transfert de masse, par accrétion, de l’étoile compagnon vers l’étoile à neutrons. L’explosion thermonucléaire de matière accrétée à la surface de l’objet donne lieu à une émission du flux en rayons X, décuplée et modulée à sa fréquence de rotation. En sondant la courbure de l’espace-temps à la surface de l’étoile à neutrons, les pulsations ainsi observées se révèlent être un moyen direct d’investigation des propriétés de l’étoile, comme sa masse et son rayon.

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Représentation d’un système binaire accrétant, constitué d’une étoile à neutrons (à droite) et d’une étoile
compagnon de type solaire (à gauche). Le transfert de masse donne lieu à la formation d’un disque d’accrétion autour de l’étoile à neutrons, caractérisant la chute de la matière en spirale. Crédits : ISDC

Les scientifiques se demandent depuis longtemps pourquoi les étoiles à neutrons génèrent des explosions aussi violentes. Et selon un communiqué de presse de l’Université Monash, en Australie, il aura fallu 15 scientifiques venant de cinq instituts et utilisant sept observatoires différents pour rassembler les données nécessaires pour parvenir à des conclusions concrètes. C’est donc avec ces nombreuses données que les chercheurs espèrent enfin pouvoir expliquer de manière précise ces explosions massives de rayons X.

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Après 12 jours d’absorption de matière provenant de son disque d’accrétion (le disque d’accrétion est une structure astrophysique formée par la matière en orbite autour d’un objet céleste central), l’étoile à neutrons a projeté un jet de rayons X qui était plusieurs milliers de fois plus lumineux que notre Soleil. Avant cette étude, les scientifiques pensaient que la phase d’accrétion avant l’éclatement ne durait que deux ou trois jours au maximum.

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Vue d’artiste d’un disque d’accrétion autour d’un pulsar. Crédits : NASA/JPL-Caltech

Par ailleurs, l’explosion a duré des semaines et durant ce temps-là, a dégagé autant d’énergie que notre soleil en dégage en une décennie. En fin de compte, les scientifiques espèrent utiliser cet ensemble de données inhabituellement complet pour améliorer leur compréhension des étoiles à neutrons et, finalement, mieux comprendre l’Univers. « Ce travail nous permet de mettre en lumière la physique des systèmes d’étoiles à neutrons à accrétion, et de comprendre comment ces explosions sont déclenchées en premier lieu, ce qui intrigue les astronomes depuis longtemps », a déclaré le chercheur David Russell, de l’Université de New York.

Source : Monthly Notices de la Royal Astronomical Society

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