Même si elles ne sont que de quelques millimètres de haut, il y a des montagnes sur les étoiles à neutrons
Une nouvelle étude a révélé que la surface des étoiles à neutrons pourrait comporter des montagnes, même si elles ne font pas plus de quelques millimètres de haut. L’échelle minuscule des montagnes des étoiles à neutrons est le résultat de l’intense gravité produite par ces vestiges stellaires qui sont les objets les plus denses de l’Univers après les trous noirs.
Image d’entête : une puissante rafale de rayons X jaillit du étoile à neutrons hautement magnétique représenté dans cette illustration. (NASA’s Goddard Space Flight Center/ Chris Smith (USRA))
Comme les étoiles à neutrons ont une masse équivalente à celle d’une étoile comme le Soleil, comprimée dans un diamètre de la taille d’une ville sur Terre (environ 10 km), elles exercent à leur surface une attraction gravitationnelle 40 000 milliards de fois plus forte que celle de la Terre.
Cela a pour effet d’aplatir les éléments de cette surface, ce qui donne des sphères presque parfaites. Pourtant, de nouvelles recherches montrent que ces vestiges stellaires présentent de minuscules déformations topologiques, analogues à des montagnes à la surface d’une planète.
Cette découverte est le fruit d’une modélisation informatique complexe réalisée par une équipe de chercheurs dirigée par Fabian Gittins, de l’université de Southhampton. L’équipe du doctorant a simulé une étoile à neutrons réaliste, puis a calculé les forces qui agissent sur elle. Ces recherches montrent à quel point les étoiles à neutrons peuvent supporter des écarts par rapport à une sphère parfaite sans que leur croûte ne soit sollicitée au-delà du point de rupture.
Elle a révélé comment des montagnes pouvaient être créées sur des restes stellaires aussi denses et démontré que ces formations ne seraient pas plus hautes qu’une fraction de millimètre.
Selon Gittins :
Au cours des deux dernières décennies, on a cherché à comprendre la taille que peuvent atteindre ces montagnes avant que la croûte de l’étoile à neutrons ne se brise et que la montagne ne puisse plus être soutenue. Ces résultats montrent que les étoiles à neutrons sont vraiment des objets remarquablement sphériques. En outre, ils suggèrent que l’observation des ondes gravitationnelles provenant d’étoiles à neutrons en rotation est peut-être encore plus difficile qu’on ne le pensait auparavant.
Représentation artistique d’une étoile à neutrons. (ESO / L. Calçada)
La formation de montagnes a déjà été formulée pour les étoiles à neutrons, mais ces nouveaux résultats suggèrent que de telles caractéristiques seraient des centaines de fois plus petites que les montagnes de quelques centimètres prédites précédemment. La raison en est que ces anciens modèles amenaient la croûte des étoiles à neutrons à la limite du point de rupture en tout point, ce que les dernières recherches suggèrent comme étant moins que réaliste.
Les étoiles à neutrons se forment lorsque des étoiles massives n’ont plus de combustible pour alimenter la fusion nucléaire. La force dirigée vers l’intérieur de l’étoile, qui s’oppose à la force de gravité, est alors annulée, ce qui entraîne l’effondrement gravitationnel de l’étoile. Au cours de cet événement, l’étoile massive éjecte sa matière extérieure dans des explosions de supernova, laissant derrière elle un noyau de matière ultradense. Ce reste d’étoile n’est protégé de la poursuite de l’effondrement, et donc de la transformation en trou noir, que par les propriétés du domaine de la mécanique quantique de la matière riche en neutrons qui le compose.
Cette découverte pourrait avoir des implications qui vont au-delà de la modélisation des étoiles à neutrons. De minuscules déformations à la surface d’étoiles à neutrons en rotation rapide, appelées pulsars, pourraient déclencher des ondes gravitationnelles, ces minuscules ondulations de l’espace-temps prédites par la relativité générale et détectées ici sur Terre par la collaboration LIGO/ Virgo.
Représentation d’une étoile à neutrons, encore appelée pulsar, en rotation rapide. (NASA Goddard)
Malheureusement, aussi précis et sensible que soit l’interféromètre laser LIGO, il n’est pas encore assez puissant pour détecter les ondes gravitationnelles lancées par ces montagnes semblables à des fourmilières. Il est possible que de futures mises à niveau de ces détecteurs terrestres et des avancées telles que le détecteur spatial d’ondes gravitationnelles LISA permettent d’observer l’effet de ces minuscules bosses.
Les résultats de leurs recherches ont été présentée lors du National Astronomy Meeting 2021 et en prépublication (pas encore revue par les pairs) dans arXiv :