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Qu’est-ce qu’une étoile à neutrons ?

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| Riken

Dans le catalogue des objets cosmiques, les étoiles à neutrons font certainement partie des éléments les plus étranges. Produits de l’effondrement d’étoiles massives, la composition précise de ces objets extrêmement denses est encore inconnue des astrophysiciens. Certaines formes particulières d’étoiles à neutrons, appelées pulsars, sont d’un grand intérêt pour les chercheurs eu égard à leur fréquence de rayonnement stable dans le temps. Que savons-nous de ces objets cosmiques ?

Les étoiles ordinaires conservent leur forme sphérique parce que la gravité croissante de leur masse gigantesque tend vers l’effondrement interne du gaz, mais est équilibrée par l’énergie de la fusion nucléaire dans leur noyau, qui exerce une pression vers l’extérieur. À la fin de leur vie, les étoiles qui représentent entre quatre et huit fois la masse du Soleil brûlent grâce à leur combustible disponible, et leurs réactions de fusion internes cessent.

Les couches externes des étoiles s’effondrent rapidement vers l’intérieur, rebondissant sur le noyau épais puis explosant à nouveau comme une violente supernova. Mais le noyau dense continue de s’effondrer, générant des pressions si élevées que les protons et les électrons sont pressés ensemble et forment des neutrons ainsi que des particules légères appelées neutrinos, qui s’échappent dans l’Univers.

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Schéma montrant la formation simplifiée d’une étoile à neutrons à partir d’une étoile géante rouge. © NASA

Le résultat final est une étoile dont la masse est constituée de 90% de neutrons, qui ne peuvent pas être collés plus étroitement, et donc l’étoile à neutrons ne peut plus se décomposer. Les astronomes ont d’abord théorisé l’existence de ces entités stellaires étranges dans les années 1930, peu de temps après la découverte du neutron. Mais ce n’est qu’en 1967 que les scientifiques ont eu des preuves de l’existence d’étoiles à neutrons.

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Une étudiante diplômée nommée Jocelyn Bell, de l’Université de Cambridge en Angleterre, a remarqué d’étranges impulsions dans son radiotélescope, arrivant si régulièrement qu’elle a d’abord pensé qu’elles pourraient être un signal d’une civilisation extraterrestre, selon l’American Physical Society. Les modèles se sont avérés ne pas être des E.T. mais plutôt un rayonnement émis par des étoiles à neutrons à rotation rapide.

Les propriétés extrêmes des étoiles à neutrons

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La supernova qui donne naissance à une étoile à neutrons transmet une grande quantité d’énergie à l’objet compact, le faisant tourner sur son axe entre 0.1 et 60 fois par seconde, et jusqu’à 700 fois par seconde. Les formidables champs magnétiques de ces entités produisent des faisceaux de rayonnement de haute puissance, qui peuvent balayer la Terre comme des faisceaux de phares, créant ce que l’on appelle un pulsar.

structure etoile neutrons
Schéma détaillant la structure d’une étoile à neutrons. La composition du noyau est encore inconnue à ce jour. © Loubry

Les propriétés des étoiles à neutrons sont tout à fait exceptionnelles ; une seule cuillère à café de matériau d’étoile à neutrons pèserait un milliard de tonnes. Si vous vous teniez d’une manière ou d’une autre à leur surface sans mourir, vous feriez l’expérience d’une force de gravité 2 milliards de fois plus forte que ce que vous ressentez sur Terre. Le champ magnétique d’une étoile à neutrons ordinaire pourrait être des milliards de fois plus fort que celui de la Terre.

Mais certaines étoiles à neutrons ont des champs magnétiques encore plus extrêmes, des milliers de fois plus élevés qu’une étoile à neutrons moyenne. Cela crée un objet appelé magnétar. Les tremblements d’étoiles à la surface d’un magnétar — l’équivalent des mouvements de la croûte terrestre qui génèrent des tremblements de terre — peuvent libérer d’énormes quantités d’énergie. En un dixième de seconde, un magnétar pourrait produire plus d’énergie que le soleil n’en a émis au cours des 100 000 dernières années.

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