Lorsque certaines grandes étoiles épuisent leur combustible nucléaire et meurent, elles s’effondrent et explosent, créant une supernova. Ces événements de fin de vie sont parmi les plus énergétiques de l’univers, et envoient des éléments lourds comme le fer et l’or dans les confins de l’espace. Si une étoile est plus massive que notre soleil, mais pas trop lourde pour devenir un trou noir, les atomes à l’intérieur de l’étoile peuvent s’effondrer sur eux-mêmes – créant une boule lourde et tournoyante dans l’espace de quelques kilomètres de large mais plusieurs fois aussi massive que notre soleil, et entièrement composée de neutrons nés d’électrons et de protons qui ont été écrasés ensemble.
Le noyau restant est appelé étoile à neutrons, et il est si dense qu’une cuillerée de matière de cette étoile pèserait environ 1 milliard de tonnes. La physique commence à devenir étrange à de telles magnitudes : certaines étoiles à neutrons tournent si vite qu’elles effectuent plus de 700 rotations par seconde, ce qui signifie qu’un seul point à leur surface se déplace dans l’espace à environ un cinquième de la vitesse de la lumière. Les étoiles à neutrons défient également les lois typiques de la physique des particules : un neutron isolé peut se désintégrer en une heure, mais lorsqu’ils sont regroupés dans une boule dense de la taille d’un petit astéroïde, ils n’ont plus de demi-vie, pour autant que nous le sachions.
Toute cette matière exotique dense peut générer une énergie électromagnétique parmi les plus intenses de tous les objets connus de l’humanité. Dans certains cas, le magnétisme peut être 100 millions de fois à 1 quadrillion de fois plus fort que le champ magnétique de la Terre. De notre point de vue terrestre, cette rotation ressemble à un clignement des yeux. Nous appelons ces phénomènes des pulsars, qui sont très utiles pour faire des prédictions en astronomie.
Mais même parmi les étoiles les plus bizarres de l’univers, les choses peuvent devenir plus étranges. Un type d’étoile à neutrons appelé objet compact central (OCC) peut ressembler à une sorte d’accessoire de téléphone portable, mais ils sont bizarres même selon les normes de cet objet interstellaire.
L’étoile à neutrons la plus petite et la plus légère jamais enregistrée semble être l’obliquement nommée HESS J1731-347, découverte vers 2007. Il s’agit d’une OCC entourée de nuages de poussière, et située à environ 8000 années-lumière de la Terre. Une nouvelle analyse de HESS J1731-347 par des astronomes de l’Institut für Astronomie und Astrophysik de Tübingen, en Allemagne, a révélé des caractéristiques physiques encore plus étranges concernant cette étoile à neutrons.
Selon les auteurs, cette analyse pourrait réécrire notre compréhension de l’origine et de la physique des étoiles à neutrons.
En utilisant les rayons X et les mesures des ondes gravitationnelles, les astronomes ont déterminé que HESS J1731-347 est soit “l’étoile à neutrons la plus légère connue, soit une “étoile étrange” avec une équation d’état plus exotique”, rapportent-ils dans la revue Nature Astronomy. Dans ces conditions, la pression exercée sur les atomes serait si forte qu’elle dissoudrait les neutrons des atomes en éléments constitutifs encore plus basiques, permettant ainsi la formation de quarks étranges, qui sont une race bizarre de quark rarement observée dans notre univers. (Nous reviendrons sur les quarks étranges dans un instant.) Un tel objet a été surnommé, à juste titre, une “étoile étrange”.
Notre estimation de la masse fait de l’OCC de HESS J1731-347 l’étoile à neutrons la plus légère connue à ce jour, et potentiellement un objet plus exotique, c’est-à-dire un candidat pour une “étoile étrange””, écrivent Victor Doroshenko, l’auteur principal de l’étude, et ses collègues. “Une étoile à neutrons aussi légère, quelle que soit la composition interne supposée, semble être un objet très intriguant d’un point de vue astrophysique.”
En fait, cette analyse pourrait réécrire notre compréhension de l’origine et de la physique des étoiles à neutrons, affirment les auteurs, écrivant que “les modèles décrivant la perte de masse de la proto-étoile à neutrons après l’effondrement du noyau de supernova pourraient devoir être revus.”
En effet, il semble que nous soyons encore en train d’apprendre beaucoup de choses sur la formation des étoiles à neutrons. Si les mesures de HESS J1731-347 sont correctes, cela pourrait favoriser l’apparition de quarks étranges.
Les quarks étranges portent bien leur nom. Les quarks sont des composants fondamentaux de la matière, des particules si minuscules qu’elles ne peuvent être décomposées davantage. Les atomes sont constitués de protons, de neutrons et d’électrons, mais chacun de ces composants est à son tour constitué de quarks – plus précisément de quarks up et down, qui se regroupent en triades pour former la matière normale telle que nous la connaissons. (Les protons sont constitués de deux quarks up et d’un down, tandis que les neutrons sont constitués de deux quarks down et d’un up).
Tout ce que vous avez touché est composé d’éléments constitués d’atomes entièrement composés de quarks up et down, ainsi que d’électrons et de particules porteuses de force qui les maintiennent ensemble. Les quatre autres types de quark – quarks étranges, charmants, supérieurs et inférieurs – sont rarement observés et rarement créés, sauf dans les accélérateurs de particules et dans des conditions aléatoires.événements énergétiques dans l’univers. En général, la matière que forment ces quarks exotiques a une durée de vie très, très courte et se désintègre rapidement en des parties plus familières de l’univers.
Contrairement aux atomes, qui peuvent tolérer la solitude, les quarks qui les composent n’aiment pas être seuls, si bien que les physiciens les trouvent rarement seuls. C’est pourquoi les scientifiques construisent des accélérateurs de particules géants, comme le Grand collisionneur de hadrons, pour projeter des protons les uns sur les autres et observer les quarks partir en vrille.
Les quarks étranges sont ainsi surnommés parce qu’ils ont des demi-vies plus longues que prévu, mais ils ne sont toujours pas très stables, surtout par rapport aux électrons. Si les quarks étranges existent en grande quantité dans l’univers, c’est probablement “uniquement à des pressions stupidement élevées”, comme le dit l’Institut Pasayten, un centre d’enseignement de la physique. “Par exemple, il est possible qu’ils existent à l’intérieur des étoiles à neutrons”.
Il semble maintenant que nous ayons des preuves encore plus solides que cela est possible.
On ne pensait pas auparavant que les étoiles à neutrons pouvaient être aussi petites que HESS J1731-347, donc même si la théorie de l’étoile étrange ne se vérifie pas, il s’agit toujours d’une étoile à neutrons bizarre. Même si la théorie de l’étoile étrange ne se vérifie pas, il s’agit tout de même d’une étoile à neutrons étrange. En d’autres termes, qu’il s’agisse ou non d’une étoile à neutrons… de facto ” étoile étrange ” composée de quarks étranges, cette étoile est extrêmement étrange – dans le sens familier et non quark du terme.
