À travers l’Univers se trouve tout un bestiaire d’astres et de phénomènes étranges et souvent très mal compris. Parmi eux, on retrouve les étoiles à neutrons, les pulsars et autres magnétars. Des termes différents pour des curiosités cosmiques qui présentent pourtant de nombreux traits communs.
Qu’est-ce qu’une étoile à neutrons et comment se forme-t-elle ?
Mais commençons par le commencement avec… la fin de vie des étoiles.
Pour les astres de taille modeste, comme notre Soleil, la mort est relativement douce : ils expulsent leurs couches extérieures pour ne laisser qu’un cœur dense, une naine blanche. En revanche, lorsqu’une étoile géante arrive en fin de vie, elle s’effondre sur elle-même et provoque une explosion colossale : une supernova. Si l’étoile est extrêmement massive, elle peut même se changer en un objet au champ gravitationnel absolu : un trou noir.
Il existe une solution intermédiaire pour les étoiles massives (faisant au départ entre 8 et 20 fois la masse de notre Soleil) qui n’ont pas la masse suffisante pour former un trou noir : l’étoile à neutrons. Lors de la supernova, l’astre expulse ses couches extérieures et son cœur s’effondre. Ce résidu final, qui concentre entre 1,4 et un peu plus de 2 fois la masse de notre Soleil, est comprimé dans une sphère d’à peine une vingtaine de kilomètres de diamètre.
Pourtant, malgré ce que le nom laisse entendre, ce n’est pas vraiment une étoile car il n’y a pas de réaction nucléaire, uniquement des neutrons qui forment un ensemble incroyablement dense et magnétique.
De quoi est faite une étoile à neutrons ? Une densité extrême
Comme une étoile classique, une étoile à neutrons peut se diviser en plusieurs couches.
Lors de la mort de l’étoile, la pression gravitationnelle est si forte qu’elle écrase les électrons contre les protons, les forçant à fusionner pour créer les fameux neutrons. La couche la plus externe de l’étoile contient encore des noyaux atomiques (ions) et des électrons. Mais plus on s’enfonce vers le cœur de l’astre, plus la pression augmente, forçant les noyaux à se gorger de neutrons de plus en plus denses.
Plus bas, le noyau est divisé en deux zones : le noyau externe de 9 kilomètres d’épaisseur où les noyaux atomiques sont dissous, formant un mélange de fluide essentiellement composé de neutrons, et d’un peu de protons et d’électrons. Et enfin, le noyau interne mesure jusqu’à 300 mètres et c’est là que les neutrons se réorganisent au niveau subatomique, avec des changements au sein de leurs quarks. Mais tout cela reste très hypothétique car le cœur d’une étoile à neutrons ne peut pas être directement observé, et on se repose essentiellement sur des modèles pour déterminer la composition de ces astres.
Qu’est-ce qu’un pulsar, cette horloge cosmique qui clignote ?
Les jeunes étoiles à neutrons tournent très rapidement sur elles-mêmes. Mais ce qui fait d’elles des pulsars, c’est l’orientation de leur champ magnétique. Si l’axe magnétique de l’astre n’est pas aligné avec son axe de rotation, l’étoile projette des faisceaux de rayonnements depuis ses pôles. Telle la lumière d’un phare balayant l’espace, si ce faisceau croise la Terre, nous détectons un signal à intervalles très réguliers : une pulsation.
Ces émissions ne sont pas éternelles, car la rotation finit par ralentir au bout de quelques centaines de millions d’années, jusqu’à ce que la pulsation en question ne devienne trop faible pour être détectée.
D’ailleurs, seuls certains pulsars peuvent être détectés depuis la Terre : il faut en effet que leurs faisceaux de rayonnements, qui sont émis le long de leur axe magnétique, balayent notre direction lors de la rotation de l’astre.
Comment Jocelyn Bell a découvert le premier pulsar
C’est la jeune chercheuse Jocelyn Bell qui repère la première un signal très régulier en 1967. Mais son rôle a souvent été minimisé au profit de son directeur de thèse, Anthony Hewish. L’origine du phénomène a provoqué de nombreuses hypothèses, certains croyant même avoir affaire à un signal extraterrestre.
Même les étoiles à neutrons étaient alors peu connues, surtout considérées comme théoriquement plausibles. Mais après quelques années, les découvertes d’autres phénomènes similaires ont contribué à établir la distinction entre les deux types de phénomènes.
Suite à cela, plusieurs types de pulsars ont été découverts : les pulsars radio plus communs, les pulsars X qui émettent dans une autre longueur d’onde, mais aussi les gamma, les millisecondes avec une vitesse de rotation encore plus élevée… Et bien sûr, les magnétars.
Quelle différence avec un magnétar ?
Pour résumer, disons qu’un pulsar est un certain type d’étoile à neutrons, et que le magnétar est un certain type de pulsar.
La différence réside dans le champ magnétique, des centaines à des milliers de fois plus intense que celui d’un pulsar ordinaire. Paradoxalement, ce champ magnétique colossal agit comme un puissant frein : les magnétars que nous observons tournent généralement plus lentement sur eux-mêmes que les pulsars classiques (faisant un tour en quelques secondes).
Ces champs magnétiques font partie des plus forts connus dans l’Univers, et ils provoquent des jets de rayons X ou de rayons gamma avec une très forte énergie. Contrairement aux pulsars très réguliers, les magnétars ont des émissions qui peuvent être plus longues ou plus courtes, appelés des sursauts. Brusques et difficiles à prévoir, ils libèrent des quantités énormes d’énergie, représentant parfois plusieurs jours d’activité du Soleil en quelques secondes.
Ils sont étudiés depuis la Terre pour leurs propriétés uniques, avec des champs magnétiques impossibles à reproduire artificiellement, ce qui renseigne sur ce qui se déroule dans des conditions si extrêmes.
+ rapide, + pratique, + exclusif
Zéro publicité, fonctions avancées de lecture, articles résumés par l'I.A, contenus exclusifs et plus encore.
Découvrez les nombreux avantages de Numerama+.
Vous avez lu 0 articles sur Numerama ce mois-ci
Tout le monde n'a pas les moyens de payer pour l'information.
C'est pourquoi nous maintenons notre journalisme ouvert à tous.
Mais si vous le pouvez,
voici trois bonnes raisons de soutenir notre travail :
- 1 Numerama+ contribue à offrir une expérience gratuite à tous les lecteurs de Numerama.
- 2 Vous profiterez d'une lecture sans publicité, de nombreuses fonctions avancées de lecture et des contenus exclusifs.
- 3 Aider Numerama dans sa mission : comprendre le présent pour anticiper l'avenir.
Si vous croyez en un web gratuit et à une information de qualité accessible au plus grand nombre, rejoignez Numerama+.
Toute l'actu tech en un clin d'œil
Ajoutez Numerama à votre écran d'accueil et restez connectés au futur !
Tous nos articles sont aussi sur notre profil Google : suivez-nous pour ne rien manquer !