L'étoile à neutrons, astre de tous les extrêmes

De quoi est fait le cœur de ces étoiles dont des études confirment la formidable densité ? D’un simple empilement de neutrons et protons ou d’un nouvel état de la matière ? Les physiciens tentent de modéliser ces astres hors norme.

Cet article est issu du magazine Sciences et Avenir - La Recherche n°896 daté octobre 2021.

Pas moins de quatre milliards de tonnes. Voilà ce que pèserait, sur Terre, l’équivalent d’une tasse à café remplie de la matière d’une étoile à neutrons. Ces astres, reliquats de l’explosion d’un soleil en bout de course, sont les plus étranges du cosmos. Ils tournent sur eux-mêmes plusieurs centaines de fois par seconde. Ils renferment jusqu’à deux fois la masse du Soleil dans un rayon d’une dizaine de kilomètres. Ils sont si massifs et si denses qu’ils exercent une irrésistible attraction gravitationnelle : n’importe quoi à leur surface serait réduit à l’état de crêpe...

Mais plus que la surface, c'est le cœur des étoiles à neutrons qui intrigue les chercheurs. Ils estiment que sa densité doit atteindre quatre à cinq fois celle du noyau atomique, soit de l'ordre du million de milliards de grammes par cm³ ! À quoi peut bien ressembler la matière ainsi comprimée ? C'est le seul exemple dans l'Univers où elle se trouve dans des conditions aussi extrêmes. Au-delà de ces densités, la matière sombre en un trou noir. Plusieurs modèles tentent de la décrire. Mais ils ont besoin de s'appuyer sur des observations. Justement, en avril 2021, des nouvelles données ont été révélées lors d'une conférence de presse organisée par l'American Physical Society. De quoi lever un petit coin du voile sur la nature de ces astres hors du commun... Deux équipes, l'une de l'Institut d'astronomie Anton Pannekoek à Amsterdam (Pays-Bas) et l'autre du département d'astronomie de l'université du Maryland (États-Unis), ont annoncé avoir mesuré le rayon de PSR J0740, une étoile à neutrons située à 4600 années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Girafe. Verdict : environ 12 kilomètres.

Comment mesurer le rayon d'une étoile à neutrons ?

La surface des étoiles à neutrons est percée de plusieurs points chauds, puissants émetteurs de rayons X. Lorsqu'un faisceau de ceux-ci pointe vers la Terre, il [...]

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