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Quelle peut être la masse maximale d’une étoile à neutrons ?

Illustration artistique d'une étoile à neutron / Crédits : Nasa

Une équipe d’astrophysiciens de l’Université Goethe de Francfort en Allemagne, fixe aujourd’hui une nouvelle limite pour la masse maximale des étoiles à neutrons. 

 Mais quelle peut être la masse maximale d’une étoile à neutrons ? C’est la question à laquelle les scientifiques tentent de répondre depuis leur découverte dans les années 1960. Il ont néanmoins réussi à définir que ces étoiles ne peuvent pas gagner en puissance et en masse indéfiniment – c’est par ailleurs ce qui les différencie des trous noirs. En effet après une certaine limite, il n’y a plus assez de force physique capable contrer leur énorme force gravitationnelle. Avec une masse d’environ deux soleils comprimée en un rayon d’environ 12 kilomètres, les étoiles à neutrons sont parmi les objets les plus denses de l’Univers, produisant des champs gravitationnels comparables à ceux des trous noirs.

Si la plupart de ces étoiles ont une masse d’environ 1,4 fois celle du Soleil, des exemples massifs sont également connus, tels que le pulsar PSR J0348 + 0432 et ses 2,01 masses solaires. La densité est ici énorme, comme si tout l’Himalaya était compressé en une chope de bière. Mais alors, quelle est la limite maximale qui, si on lui rajoutait ne serait-ce qu’un neutron, transformerait notre étoile en trou noir ? Des scientifiques de l’Université de Francfort ont pour la première fois réussi à effectuer ce calcul, et ont donné leur réponse : 2,16 masses solaires.

Les chercheurs ont ici combiné les propriétés universelles de ces étoiles avec les données résultant des signaux d’ondes gravitationnelles et de rayonnement électromagnétique – les kilonova. Ces informations ont été enregistrées l’année dernière dans le cadre de l’expérience LIGO – Observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser – suite à la fusion de deux étoiles à neutrons. L’observation sur le terrain a donc ici rejoint la théorie. « La beauté de la recherche théorique est qu’elle peut faire des prédictions, mais la théorie a désespérément besoin d’expériences pour réduire certaines de ses incertitudes », explique le professeur Rezzolla, principal auteur de cette étude. « Il est tout à fait remarquable que l’observation d’une fusion unique d’étoiles à neutrons binaires qui s’est produite à des millions d’années-lumière, combinée aux propriétés universelles découvertes par notre travail théorique, nous permette aujourd’hui de résoudre une énigme ».

Les résultats de cette recherche ont quelques jours plus tard été confirmés par des groupes de recherche indépendants aux États-Unis et au Japon. On s’attend aujourd’hui à ce que l’astronomie gravitationnelle permette de réduire davantage les incertitudes, menant les chercheurs à une meilleure compréhension de la matière dans des conditions extrêmes.

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