Les étoiles à neutrons sont parmi les phénomènes les plus extrêmes de l’univers entier, et les nouvelles découvertes sur ces cadavres stellaires denses continuent de surprendre les scientifiques. Les astronomes ont récemment annoncé la découverte d’une étoile à neutrons magnétisée qui semble avoir une surface entièrement solide. solide surface. Les étoiles sont généralement constituées d’orbes chaudes de plasma, qui est un type de gaz ionisé, tandis que les étoiles à neutrons sont, en raison de leur incroyable densité, généralement des ondulations de matière solide supercompressée (principalement des neutrons) avec un noyau qui est un type de fluide sans friction appelé superfluide. Elles ont aussi souvent une atmosphère, comme la Terre. L’idée d’une étoile à neutrons complètement solide, semblable à une planète super dense sans atmosphère, est assez unique.
Dans la revue Science, une équipe internationale de 50 chercheurs a utilisé les données de l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), un satellite lancé en décembre 2021 par la NASA et l’Agence spatiale italienne. Les astronomes ont tiré des informations sur l’étoile à neutrons obliquement nommée 4U 0142+61. Il s’agit d’un type particulier d’étoile à neutrons, appelé magnétar, situé à environ 13 000 années-lumière de la Terre dans la constellation de Cassiopée.
Une magnétar est essentiellement ce à quoi elle ressemble : une étoile à neutrons dotée d’un champ magnétique extrêmement puissant. Il n’en existe qu’une trentaine à notre connaissance, probablement parce qu’il est difficile de les trouver. Ils sont petits et faibles, et ne sont détectables que pendant les périodes d’activité intense, par exemple lorsqu’ils émettent suffisamment de rayonnements électromagnétiques de haute énergie (rayons gamma ou rayons X), qui sont autrement difficiles à détecter sur Terre.
4U 0142+61 a été détecté pour la première fois dans les années 1970 par un satellite de la NASA appelé Uhuru, du nom du mot swahili signifiant “liberté”. Il s’agit du tout premier instrument lancé pour détecter les rayons X dans l’espace, qui sont invisibles à l’œil humain. En fait, le curieux enchevêtrement de lettres qui constitue le nom de cette étoile vient de 4U pour “Fourth Uhuru Catalog”, tandis que les chiffres font référence aux coordonnées célestes du magnétar.
Une étoile à neutrons typique a une masse supérieure à celle de notre soleil, mais un rayon de seulement une douzaine de kilomètres.
Mais même si cette étoile a été découverte il y a des décennies, il y avait peu de données à son sujet avant l’avènement de l’IXPE. Grâce à ce nouvel appareil de mesure des rayons X, les astronomes ont pu calculer la polarisation de l’étoile, c’est-à-dire la direction et l’angle par lesquels ses ondes électromagnétiques se déplacent. Cela peut fournir des informations sur les conditions et les processus physiques qui constituent l’étoile et c’est la première fois que l’on capture la lumière polarisée des rayons X d’un magnétar.
Certaines étoiles, lorsqu’elles meurent, deviennent des étoiles à neutrons. (Les étoiles qui sont plus massives que le seuil des étoiles à neutrons deviennent des trous noirs lorsqu’elles s’effondrent). Lorsque les grandes étoiles commencent à créer des éléments lourds par le biais du processus de fusion nucléaire, la force de leur propre gravité fait que l’étoile commence à s’effondrer sur elle-même. Cette force est si intense qu’elle fusionne les électrons et les protons des noyaux atomiques pour former des neutrons, créant ainsi une matière aussi dense qu’un noyau atomique. Une étoile à neutrons typique a une masse supérieure à celle de notre soleil, mais un rayon de seulement une douzaine de kilomètres ; ainsi, une seule cuillère à soupe de matière d’étoile à neutrons pèse environ 1 milliard de tonnes. Cette densité extrême, cette soupe de neutrons si serrée, fait que les neutrons se comportent comme un solide ou un superfluide – bien qu’ils soient composés de particules subatomiques, ils ne sont pas techniquement des atomes. Les étoiles à neutrons attirent également de la matière plus quotidienne (atomique) en vertu de leur gravité, et ont souvent des atmosphères semblables à celles des planètes.
Mais les choses semblent bien différentes pour 4U 0142+61, dont les astronomes pensent qu’elle a eu une histoire violente, même pour une étoile à neutrons. En fait, elle est solide, ou du moins c’est ce qu’il semble. Il y a environ 100 000 ans, l’étoile est devenue une supernova, c’est-à-dire qu’elle a explosé et libéré la majeure partie de sa masse, suffisamment pour contenir une dizaine de Terres. Ce jet de matière a formé un disque, le premier disque de ce type jamais détecté, qui tourne autour de 4U 0142+61 à environ 1 million de miles (1,6 km).
“C’était complètement inattendu. J’étais convaincu qu’il y aurait une atmosphère.”
Cependant, c’est la surface de 4U 0142+61 qui pourrait être encore plus intéressante que la crasse qui l’entoure. Les chercheurs de Science rapportent, sur la base des nouvelles données de l’IXPE, qu’il est très peu probable que l’énergie provenant de 4U soit “compatible avec la présence d’une atmosphère et seulement marginalement compatible avec une surface condensée.” Cette croûte solide, très probablement composée de fer, déformerait la structure des atomes afin qu’ils ne soient plus sphériques mais étirés et allongés dans la direction du champ magnétique. Cela formerait un réseau dedes ions maintenus ensemble par ces forces magnétiques. En d’autres termes, la surface pourrait ne pas être composée de neutrons mais de matière “normale”, comme ce qui constitue la Terre – dans ce cas, du fer.
“C’était complètement inattendu. J’étais convaincu qu’il y aurait une atmosphère”, a déclaré dans un communiqué l’un des principaux auteurs de l’étude, le professeur Silvia Zane, membre de l’équipe scientifique de l’IXPE. Il pourrait y avoir une autre explication ici, mais jusqu’à présent, il n’y a pas assez de données pour explorer ces autres possibilités. “Une prochaine étape consiste à observer des étoiles à neutrons plus chaudes avec un champ magnétique similaire, pour étudier comment l’interaction entre la température et le champ magnétique affecte les propriétés de la surface de l’étoile.”
Il existe d’autres étoiles étranges et solides appelées naines blanches, mais ce matériau est encore très différent de la matière solide de la Terre. Les naines blanches sont les restes d’étoiles qui ont dépensé tout leur combustible nucléaire et se sont effondrées sur elles-mêmes sous l’effet de leur propre gravité. Cela comprime leur noyau, composé d’oxygène et de carbone solides, en cristaux extrêmement chauds. Comme les naines blanches ne produisent plus d’énergie, elles émettent lentement de l’énergie thermique sous forme de photons. Après des billions d’années, une naine blanche deviendrait finalement un bloc de matière solide et froid, comme une planète très, très dense. Toutefois, les astrophysiciens calculent que ce type d’étoile, appelée naine noire, mettrait tellement de temps à se refroidir qu’il n’y a pas encore d’étoiles naines noires dans tout l’univers. Le soleil de la Terre finira sa vie comme une naine blanche, puis noire. Les étoiles sont généralement des phénomènes étranges, mais celles qui ont des propriétés solides poussent la physique à des extrêmes bizarres.
L’IXPE est un nouvel outil d’astronomie passionnant qui n’a pas reçu autant d’attention que, par exemple, le télescope spatial James Webb. Mais l’IXPE a aidé les scientifiques à déterminer la configuration de la matière chaude entourant un trou noir appelé Cygnus X-1 et à résoudre un mystère vieux de 40 ans sur le fonctionnement des blazars. Les blazars sont certains des objets les plus brillants de l’univers, qui déchargent des jets de matière ionisée voyageant à une vitesse proche de celle de la lumière. Il y a des objets bizarres dans l’univers et 4U 0142+61 n’est qu’une des nombreuses étoiles mystérieuses offrant beaucoup plus à découvrir.
