La gravité intense des étoiles à neutrons les rend incroyablement lisses

Des boules d'énergie extrêmement massives presque parfaites...

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Vue d'artiste d'une étoile à neutrons. | Kevin Gill (Flickr)

Des chercheurs ont découvert par calcul que les étoiles à neutrons, ces astres ultra-compacts issus de l’effondrement d’étoiles massives, possèdent une surface étonnamment régulière (lisse) en raison de leur gravité extrême. En effet, ils avancent que les variations de hauteur ne dépassent pas 0,1 millimètre.

Les étoiles à neutrons, principalement composées de neutrons maintenus ensemble par les forces de gravitation, comptent parmi les objets connus les plus denses de l’Univers… Elles sont les résidus de certaines étoiles massives devenues supernovas, suite à leur effondrement. Leur masse peut aller jusqu’à deux fois celle du Soleil, concentrée dans un diamètre de seulement quelques dizaines de kilomètres (10 à 40 km).

Selon la nouvelle étude, l’intense attraction gravitationnelle des étoiles à neutrons rend leur surface — une fine croûte d’hydrogène et d’hélium — étonnamment lisse, bien qu’il puisse y avoir de petites déformations (bosses) résultant de l’activité de l’étoile. Une nouvelle modélisation effectuée par des chercheurs de l’université de Southampton, au Royaume-Uni, a montré que ces déformations sont probablement au moins 100 fois plus faibles qu’on ne le pensait auparavant.

Des variations de hauteur qui n’excèdent pas 0,1 millimètre

« Les étoiles à neutrons sont des objets incroyablement sphériques », explique l’auteur principal de l’étude Fabian Gittins, de l’université de Southampton. « C’est vraiment remarquable ». Gittins et ses collègues ont modélisé mathématiquement différentes forces agissant sur les étoiles à neutrons et ont constaté que toute déviation de la surface ne pouvait atteindre que 0,1 millimètre de hauteur avant que la croûte ne se fracture. Les détails de l’étude ont déjà été publiés sur le serveur arXiv.

Les chercheurs ont notamment démontré que ces variations dépendent de l’équation d’état en considérant une gamme de modèles obtenus à partir de la théorie des champs effectifs chiraux (incluant les champs de gravitation et électromagnétiques). Selon eux, les variations de hauteur les plus importantes dépendent de manière sensible à la fois du mécanisme qui les génère et de l’équation d’état de la matière nucléaire au sein de l’étoile.

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« Nous avons découvert qu’un certain nombre d’hypothèses étaient incorrectes », explique Gittins. « Les travaux précédents ont forcé les étoiles à prendre une forme qui n’est pas physiquement possible ». Les causes des déformations pourraient inclure le refroidissement de l’étoile, le changement de son taux de rotation ou l’accrétion de matière provenant d’une autre étoile, a découvert l’équipe.

Jusqu’ici, les astronomes pensaient que les variations de la surface d’une étoile à neutrons pouvaient déformer suffisamment l’espace-temps pour produire des ondes gravitationnelles que nous pourrions détecter, mais ces derniers travaux suggèrent qu’elles pourraient être bien plus difficiles à repérer que prévu. « Nous ne serions en mesure de le faire qu’avec des détecteurs d’ondes gravitationnelles de troisième génération », comme le télescope souterrain Einstein proposé en Europe, déclare Gittins.

Source : arXiv

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