L'explosion d’une étoile à neutrons étrangement sphérique

Les étoiles à neutrons sont des astres composés principalement de neutrons
réunis par une force gravitationnelle incommensurable. Elles sont en
quelque sorte comme les petites sœurs des trous noirs. Lorsque les grandes
étoiles (au moins 20 fois la taille de notre Soleil) meurent, elles
deviennent des

trous noirs, mais lorsque les petites étoiles (entre 8 et 20 fois la taille de notre
soleil) meurent, elles deviennent des

étoiles à neutrons. Que se passe-t-il lorsque deux étoiles à neutrons se percutent ? Cela
donne naissance à une kilonova qui produit un rayonnement électromagnétique
intense sous l’effet de cette fusion.

Dans étude publiée cette dans la revue

Nature, des astrophysiciens disent avoir fait une observation inédite en
analysant les données relatives à une kilonova détectée en 2017. Ils ont
constaté que le crash cosmique a formé une explosion parfaitement
sphérique. «

Personne ne s’attendait à ce que l’explosion ressemble à cela. Cela n’a
aucun sens qu’elle soit sphérique, comme une boule. Mais nos calculs
montrent clairement qu’elle l’est

», explique Darach Watson, professeur associé à l’Institut Niels Bohr et
co-auteur de l’étude.

Selon lui, «

cela signifie probablement que les théories et les simulations de
kilonovas que nous avons examinées au cours des 25 dernières années
manquent d’éléments physiques importants.

» Albert Sneppen, premier auteur de l’étude et doctorant à l’Institut Niels
Bohr, suggère que peut-être une énorme quantité d’énergie s’est échappée du
centre de l’explosion pour créer sa forme étrangement ronde.

Le rôle clé potentiel des neutrinos

L’idée est qu’un tel flux d’énergie pourrait avoir aplani les plis et
autres aspects asymétriques de l’objet, présentant ce qui ressemble à un
ballon cosmique circulaire. «

La forme sphérique nous indique donc qu’il y a probablement beaucoup
d’énergie au cœur de la collision, ce qui n’était pas prévu

», poursuit Albert Sneppen. Il pense également que, pendant les
millisecondes au cours desquelles les deux étoiles à neutrons sont entrées
en collision pour former une kilonova, cette nouvelle méga-étoile a pu
émettre un grand nombre de neutrinos.

En plus d’être d’étranges petites particules fantômes qui traversent tout
sans laisser de trace, les neutrinos peuvent avoir une interaction spéciale
avec les neutrons. Ils peuvent convertir les particules subatomiques
lourdes en protons et électrons. Se peut-il que les neutrons des étoiles à
neutrons aient été convertis ? Ce concept est particulièrement intéressant
car il expliquerait comment des éléments plus légers détectés par les
scientifiques ont pu se former avec la kilonova. «

Cette idée présente également des lacunes, mais nous pensons que les
neutrinos jouent un rôle encore plus important que nous le pensions

», estime Albert Sneppen.

En ce qui concerne la forme de l’explosion qui laisse perplexe, Darach
Watson avance une autre raison possible. Une physique complexe dicte ce qui
se passe après la collision de deux étoiles à neutrons. «

Peut-être, postule Albert Sneppen, qu’une sorte de « bombe magnétique »
est créée au moment où l’énergie de l’énorme champ magnétique de
l’étoile à neutrons hypermassive est libérée lorsque l’étoile
s’effondre en trou noir. La libération de l’énergie magnétique pourrait
entraîner une distribution plus sphérique de la matière dans
l’explosion. Dans ce cas, la naissance du trou noir pourrait être très
énergique.

»

kilonova 1

Représentation artistique d’une explosion de kilonova, lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision. Robin Dienel/Carnegie Institution for Science)

Les kilonovas pourraient devenir de nouveaux outils de cartographie
stellaire

Dans un autre ordre d’idées, les deux experts font également remarquer que
si toutes les kilonovas de l’univers sont aussi brillantes, éclatants et
sphériques, elles pourraient avoir une autre utilité : la cartographie
stellaire.

Pour cartographier le taux d’expansion exponentielle de notre, les
scientifiques ont besoin de points de repère, tout comme le fait la
cartographie terrestre. En mesurant l’augmentation des distances entre
divers objets cosmiques au fil du temps, on peut extrapoler la façon dont
l’univers s’élargit perpétuellement. C’est d’ailleurs de cette manière
qu’Edwin Hubble a démontré en 1929 que notre royaume cosmique était en
expansion. À l’aide d’un énorme télescope, il avait enregistré des galaxies
qui s’éloignaient de plus en plus de nous, et les unes des autres, plus
rapidement au fil du temps.

Mais le fait est que les points de contrôle pour ces mesures doivent être
aussi uniformes que possible pour obtenir les meilleurs résultats
mathématiques. Par exemple, les étoiles RR Lyrae constituent un indicateur
de distance prisé pour les mesures galactiques, car elles émettent une
sorte de pulsation de la lumière, ce qui permet d’obtenir une luminosité
moyenne. Une équipe d’astronomes a annoncé avoir suivi des RR Lyrae dans la
Voie lactée jusqu’à ce qu’ils parviennent à trouver la

limite de notre galaxie.

En ce qui concerne la forme, les collisions d’étoiles à neutrons semblent
être la clé. «

Si elles sont brillantes et essentiellement sphériques, et si nous
savons à quelle distance elles se trouvent, nous pouvons utiliser les
kilonovas comme un nouveau moyen de mesurer la distance indépendamment,
une nouvelle sorte de règle cosmique

», pense Darach Watson. «

Il est essentiel de connaître la forme de l’objet, car s’il n’est pas
sphérique, il émet différemment selon l’angle de vue. Une explosion
sphérique [fournit] une bien plus grande précision dans la mesure.

»