Les scientifiques ont découvert que trois étoiles à neutronsnés dans les feux d’autres étoiles explosives, se sont refroidis étonnamment rapidement, nous rapprochant de la compréhension de la nature exotique de la matière au cœur de ces objets extrêmes.
La découverte a été faite par une équipe espagnole dirigée par Alessio Marino de l’Institut des sciences spatiales (ICE-CSIC) de Barcelone, en utilisant des télescopes spatiaux européens et américains fonctionnant avec la lumière des rayons X.
Une étoile à neutrons est le noyau effondré d’une étoile massive qui a disparu supernovaet peut contenir jusqu’à près de trois fois la masse de notre soleil dans un volume sphérique d’environ 11 kilomètres de diamètre. Toute cette matière compactée sur une si petite zone signifie que les étoiles à neutrons comptent parmi les concentrations de matière les plus denses de l’univers connu, juste derrière trous noirs. Pour rendre cette affirmation plus pertinente, considérons comment une cuillère à soupe de matériau d’étoile à neutrons serait comparable à la masse du mont Everest.
Cette nature extrême signifie également que la physique qui régit l’intérieur des étoiles à neutrons reste trouble. Ces objets sont appelés étoiles à neutrons parce que leur matière a été écrasée à un tel degré qu’elle est chargée négativement. électrons et chargé positivement protons se écraser ensemble, surmontant la force électrostatique entre eux pour former un objet rempli de juste neutre neutrons. Plus profondément au cœur d’une étoile à neutrons, la matière peut être écrasée encore plus, formant des particules exotiques et inédites telles que d’hypothétiques hypérons. Peut-être, pensent les scientifiques, ou les neutrons eux-mêmes pourraient-ils être éclatés dans une étoile à neutrons, créant ainsi une soupe de l’universLes particules les plus fondamentales de : quarks.
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Ce qui se passe à l’intérieur d’une étoile à neutrons est régi par l’équation d’état de l’étoile à neutrons. Considérez cela comme un manuel qui détermine la structure interne et la composition d’une étoile à neutrons en fonction de facteurs tels que sa masse, sa température, champ magnétique et ainsi de suite. Le problème est que les scientifiques disposent littéralement de centaines d’options quant à ce que pourrait être cette équation d’état. Puisque nous ne pouvons pas répliquer sur Terre les conditions à l’intérieur d’une étoile à neutrons, tester quel modèle est le bon dépend fortement de leur correspondance avec ce que nous disent les observations astronomiques.
Cependant, la découverte de trois étoiles à neutrons avec des températures de surface nettement inférieures à celles d’autres étoiles à neutrons du même âge a fourni un indice important, permettant aux chercheurs d’exclure les trois quarts des modèles possibles pour l’équation d’état des étoiles à neutrons en un seul coup. accident vasculaire cérébral. Deux des étoiles à neutrons sont pulsars, qui sont des étoiles à neutrons en rotation rapide qui envoient des faisceaux de jets radio vers nous. La troisième étoile à neutrons, dans le reste de la supernova Vela Jr, ne présente pas de comportement de pulsar, mais cela peut simplement être dû au fait que ses jets radio ne pointent pas dans notre direction.
Les étoiles à neutrons ont été détectées aux longueurs d’onde des rayons X par le Agence spatiale européennec’est Télescope XMM-Newton et NASAc’est Observatoire de rayons X Chandra.
« La superbe sensibilité de XMM-Newton et Chandra a permis non seulement de détecter ces étoiles à neutrons, mais aussi de collecter suffisamment de lumière pour déterminer leurs températures et d’autres propriétés », a déclaré Camille Diez, scientifique de XMM-Newton à l’Institut spatial européen. Agence, dans un communiqué.
Plus une étoile à neutrons est chaude, plus ses rayons X sont énergétiques, et l’énergie des rayons X de ces trois étoiles à neutrons nous indique qu’elles sont plutôt froides en ce qui concerne les étoiles à neutrons. Nous disons « froid », mais les étoiles à neutrons sont encore exceptionnellement chaudes, avec des températures allant de 1,9 million à 4,6 millions de degrés Celsius (3,4 millions à 8,3 millions de degrés Fahrenheit). Cependant, pour leur jeune âge, allant de 840 à 7 700 ans, en fonction de la taille et de la vitesse d’expansion des restes de supernova qui les entourent, ils sont considérés comme extrêmement froids. Les étoiles à neutrons naissent avec des températures de centaines de milliards, voire de milliards de degrés, et même si elles se refroidissent, d’autres étoiles à neutrons d’âges similaires ont des températures deux fois plus élevées, parfois même plus chaudes.
Les étoiles à neutrons peuvent se refroidir via deux mécanismes. La première est le rayonnement thermique de leurs surfaces qui permet à l’énergie thermique de s’échapper dans le froid des espace. L’autre est neutrino émission, qui vole l’énergie du cœur d’une étoile à neutrons, et serait responsable du refroidissement rapide de ce trio d’étoiles à neutrons particulier.
Cependant, la vitesse à laquelle les étoiles à neutrons peuvent refroidir grâce à ces mécanismes dépend de l’équation d’état.
« Le jeune âge et la température froide de la surface de ces trois étoiles à neutrons ne peuvent s’expliquer qu’en invoquant un mécanisme de refroidissement rapide », a déclaré l’un des chercheurs, Nanda Rea, de l’Institut des sciences spatiales et de l’Institut d’études spatiales de Catalogne. déclaration. « Comme le refroidissement amélioré ne peut être activé que par certaines équations d’état, cela nous permet d’exclure une partie importante des modèles possibles. »
Et ne l’ont-ils pas simplement fait ? l’équipe estime que les trois quarts de tous les modèles possibles peuvent être ignorés après ce résultat. Les chercheurs ont pu le déterminer en calculant des courbes de refroidissement, qui sont essentiellement des graphiques montrant comment les étoiles à neutrons se refroidissent par rapport à leur température ambiante. temps. La forme de la courbe dépend fortement des propriétés des étoiles à neutrons telles que la masse et l’intensité du champ magnétique. Ainsi, en utilisant l’apprentissage automatique, l’équipe a calculé la gamme de paramètres qui décrivent le mieux chaque courbe de refroidissement, puis les a adaptés au potentiel. équations d’état, en voyant celles qui correspondaient encore et celles qui pourraient être rejetées parce qu’elles n’avaient aucune chance de correspondre aux données.
Ce processus a réduit la gamme des équations d’état possibles, mais les résultats ne se limitent pas à la simple caractérisation des neutrons. étoiles. Le comportement de la matière à des échelles subatomiques sous une pression intense, des températures extrêmes et une gravité écrasante introduit quantum les effets aussi. Les scientifiques manquent actuellement d’un théorie quantique de la gravitéet une équation d’état pour les étoiles à neutrons pourrait donc nous mettre sur la voie de l’apparition d’effets quantiques et de hautes technologies.la gravité la physique enfin réunie en une seule théorie.
Les résultats sont décrits dans un article publié le 20 juin dans la revue Nature Astronomy.
