in

Sur les étoiles à neutrons, les « reliefs » mesurent moins d’un millimètre de haut

Représentation d'artiste d'une étoile à neutrons. Crédits : ESO / L. Calçada

Des astrophysiciens ont récemment utilisé de nouveaux modèles pour cartographier les minuscules reliefs développés sur la surface des étoiles à neutrons. D’après ces travaux, ces derniers seraient extraordinairement petits en raison de l’intense attraction gravitationnelle de ces objets, atteignant moins d’un millimètre de haut.

Certaines étoiles massives explosent en supernovas. Une grande partie de la matière est alors ensemencée dans l’Univers. Pendant ce temps, le coeur de ces étoiles, qui s’effondre durant l’explosion, devient si dense que protons et électrons peuvent se combiner pour former des neutrons. Se crée alors une « étoile à neutrons » : un cadavre stellaire exceptionnellement dense. Imaginez la masse du soleil comprimée dans une sphère d’environ vingt-deux kilomètres de diamètre. La plupart des étoiles entre 8 et 60 masses solaires terminent leur vie ainsi. En dessous de cette plage, vous obtenez une naine blanche. Au dessus, vous obtenez un trou noir.

Des « montagnes » incroyablement petites

Naturellement, des objets aussi denses développent une attraction gravitationnelle exceptionnelle qui n’est pas sans conséquences pour les reliefs de surface. Des travaux antérieurs ont suggéré que les « montagnes d’étoiles à neutrons » – comme les appellent les chercheurs – ne pouvaient mesurer que quelques centimètres de haut, après quoi la croûte se briserait et les reliefs retomberaient.

D’après une récente étude, qui s’appuie sur de nouveaux modèles permettant des simulations plus réalistes de ce à quoi ressemblent les étoiles à neutrons, il semblerait que ces structures soient en réalité encore plus petites que prévu, atteignant seulement quelques fractions d’un millimètre de haut. À titre de comparaison, si sous rapportions une étoile à neutrons à la taille de la Terre, ces montagnes pourraient ne mesurer qu’une cinquantaine de centimètres de haut.

Autrement dit, la surface de ces étoiles – une fine croûte d’hydrogène et d’hélium – serait donc incroyablement lisse. Les causes de ces « déformations » pourraient inclure le changement du taux de rotation de l’étoile et de l’accrétion de matière volé à une autre étoile, soulignent les chercheurs. Ces résultats, dirigés par l’astrophysicien Fabian Gittins, de l’Université de Southampton (Royaume-Uni), ont été présentés lors du National Astronomy Meeting 2021.

étoiles à neutrons
Représentation d’artiste d’une étoile à neutrons. Crédits : NASA

Ondes gravitationnelles

Jusqu’à présent, les astronomes pensaient que ces reliefs pourraient être suffisamment grands pour pouvoir produire des ondulations dans le tissu de l’espace-temps que nous pourrions détecter. Or, ces derniers résultats suggèrent que ces ondes pourraient être bien plus difficiles à repérer que prévu. Ces ondes issues d’étoiles à neutrons uniques n’ont pas encore été observées, mais « nous ne serions en mesure de le faire qu’avec des détecteurs d’ondes gravitationnelles de troisième génération« , assure Fabian Gittins.

On pense alors au Einstein Telescope. On ignore encore si ce projet européen à 1,9 milliard d’euros verra effectivement le jour, mais il vient d’intégrer la feuille de route de futurs grands projets scientifiques.