Une nouvelle étoile à neutrons mesure 22 kilomètres (13,6 miles) de large, selon de nouvelles recherches. C’est la mesure la plus précise à ce jour de ces objets ultra compacts et très compacts.
Si les trous noirs sont les phénomènes les plus extrêmes de l’univers, les étoiles à neutrons doivent être de près (sauf si étoiles de quark existent, qui a reste à confirmer). Formées à la suite d’une explosion de supernova (lorsqu’une étoile géante s’effondre sur elle-même), les étoiles à neutrons n’ont pas la masse requise pour devenir un trou noir, mais elles sont néanmoins incroyablement denses.
Les étoiles à neutrons typiques contiennent autant de masse que un demi-million de Terres, mais elles ne sont pas plus grandes qu’une ville de taille moyenne. Les astronomes utilisent des masses solaires pour décrire le poids des étoiles à neutrons, dans lequel une masse solaire est égale au poids de notre Soleil. Une masse standard d’étoile à neutrons est généralement donnée comme 1,4 masse solaire (le poids minimum requis pour qu’un objet devienne une étoile à neutrons), mais découvertes récentes ont étendu cette plage jusqu’à 2,3 masses solaires. Plus lourd, et vous commencez à entrer dans le pays du trou noir.
Avec tout cela emballé dans un si petit espace, la taille globale des étoiles à neutrons devient étroitement contrainte; il n’y a pas beaucoup de marge de manœuvre, pour ainsi dire, à l’intérieur de ces sphères ultra-compactes. En conséquence, les étoiles à neutrons sont exceptionnellement rondes.
Cela dit, le rayon précis d’une étoile à neutrons typique de 1,4 masse solaire reste incertain, les estimations variant de 10 à 14 kilomètres. Cette variabilité est un problème, a remercié Cromartie, un étudiant au doctorat du département d’astronomie de l’Université de Virginie, à Gizmodo.
«Des mesures bien contraintes des rayons des étoiles à neutrons sont vraiment importantes dans nos efforts pour comprendre le comportement de la matière à des densités extrêmement élevées», a déclaré Cromartie, qui n’était pas impliqué dans la nouvelle recherche.
En utilisant une nouvelle technique, les astrophysiciens de l’Institut Albert Einstein (AEI) de Hanovre à l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle ont fourni une nouvelle estimation du rayon de 1,4 étoile à neutrons de masse solaire: 11 kilomètres (6,83 miles), avec un plus ou moins gamme de -0,6 km à +0,9 km. Avec ces barres d’erreur attachées, c’est un diamètre estimé entre 20,8 et 23,8 kilomètres (12,9 à 14,7 miles). Le nouveau papier a été publié cette semaine dans Nature Astronomy.
C’est une estimation exceptionnellement précise, surtout si vous considérez d’où proviennent les données de cette mesure: une fusion d’étoiles à neutrons, appelée GW170817. Des astronomes des collaborations LIGO et Virgo ont observé la collision de ces deux étoiles à neutrons le 17 août 2017, à une distance de 130 millions d’années-lumière. Pas trop mal.
La nouvelle mesure est à peu près dans le même stade approximatif que les estimations précédentes, mais les barres d’erreur sont désormais considérablement plus étroites. C’est « un facteur de deux amélioration de l’incertitude sur le rayon de l’étoile à neutrons par rapport aux estimations précédentes », a déclaré Capano à Gizmodo.
Pour atteindre leur nouvelle estimation de taille, les chercheurs de l’AEI, dirigés par l’astrophysicien Collin Capano, ont examiné l’ensemble du spectre électromagnétique et des ondes gravitationnelles produites par GW170817 et ont appliqué ces données à des équations dérivées de la physique des particules. Cela leur a permis de déterminer diverses propriétés physiques, telles que le rayon et la masse.
« En synthétisant ce que nous avons appris des observations de GW170817 avec une description théorique plus approfondie de l’équation d’état (une équation décrivant l’état de la matière dans un ensemble de conditions physiques), ce travail présente une limite extrêmement stricte aux rayons typiques des étoiles à neutrons, », A déclaré Cromartie à Gizmodo.
« Cela ressemble à un résultat intéressant: de nouvelles contraintes sur le rayon d’une étoile à neutrons canonique à partir d’une combinaison de la physique nucléaire avec des observations des ondes gravitationnelles et électromagnétiques de la fusion d’étoiles à neutrons binaires GW170817 », a écrit Manu Linares, astrophysicien de l’Université polytechnique de La Catalogne en Espagne qui n’était pas impliquée dans la nouvelle recherche, dans un e-mail à Gizmodo.
En effet, ce qui est incroyable avec les étoiles à neutrons, c’est qu’elles sont fondamentalement de gigantesques expériences de physique des particules flottant dans l’espace, et elles ont tendance à répandre une énorme quantité d’informations utiles. Le défi pour les scientifiques est de comprendre ce qui se passe réellement en eux.
« Ce qui est remarquable à propos des étoiles à neutrons, c’est qu’elles sont si denses et compactes, que vous pouvez les considérer comme un seul atome nucléaire à l’échelle de la taille d’une ville », a déclaré Capano à Gizmodo. « Cela signifie que la physique subatomique se manifeste dans les propriétés macroscopiques de l’étoile, telles que la masse de l’étoile, son rayon et la facilité avec laquelle elle se déforme lorsqu’elle est exposée à un champ gravitationnel externe. »
Dans ce cas, les chercheurs ont pu prédire comment les particules subatomiques interagissaient aux énormes densités présumées exister à l’intérieur des étoiles à neutrons.
« GW170817 a été causée par la collision de deux objets avec des rayons de la taille de Manhattan et des masses environ une fois et demie celles du Soleil », a déclaré Capano. «Cela s’est produit lorsque des dinosaures se promenaient sur Terre, dans une galaxie à un milliard de milliards de kilomètres. De cela, nous avons acquis un aperçu de la physique subatomique, sur des échelles de longueur qui sont inférieures à un billionième de millimètre. C’est époustouflant et témoigne de l’incroyable sensibilité que les milliers de scientifiques qui ont planifié, construit et entretiennent nos détecteurs d’ondes gravitationnelles et nos télescopes ont atteint. «
Linares a déclaré qu’il aimait le nouveau document mais que le GW 170817 est le seul événement pour lequel cette nouvelle méthode a été appliquée, ce qui signifie que « les incertitudes systématiques de la méthode ne sont toujours pas claires », a-t-il déclaré.
« Les contraintes de rayon pourraient devenir moins strictes avec différentes hypothèses de modèle, avec de nouvelles observations de fusions d’étoiles à neutrons binaires ou lors de l’adaptation d’étoiles à neutrons super massives », a déclaré Linares à Gizmodo, nous rappelant ces colossales étoiles à neutrons de masse solaire 2,3. Quoi qu’il en soit, l’estimation de 11 kilomètres correspond aux mesures précédentes, a-t-il déclaré, et l’étude « ouvre la voie à un avenir proche où nous nous attendons à beaucoup plus de détections de fusions d’étoiles à neutrons binaires. »
Le document présente également certaines prévisions pour les astronomes, en termes de ce à quoi ils devraient s’attendre ne pas observer.
Plus précisément, les auteurs affirment que les fusions impliquant des trous noirs et des étoiles à neutrons, dans lesquelles les étoiles à neutrons sont déchirées, seront rarement vues par les astronomes. Le plus souvent, les étoiles à neutrons seront englouties entières. Pour les astronomes, cela signifie qu’ils ne devraient pas s’attendre à détecter bon nombre de ces événements dans le spectre électromagnétique mais plutôt comme sources d’ondes gravitationnelles.
«Du point de vue d’un observateur, il est décevant d’entendre que les fusions d’étoiles à neutrons trous noirs seront rarement entrevues dans le spectre électromagnétique», a déclaré Cromartie.
Et bien. Parfois, la science doit être ainsi.
GIPHY App Key not set. Please check settings