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Les étoiles à neutrons sont fantastiques, et il y a beaucoup de raisons à cela

Petites mais costaudes, les étoiles à neutrons contiennent une masse incroyable entassée dans un espace minuscule, et cela n’est qu’un aspect de ce qui les rend impressionnantes.

La planète Terre est très lourde. Elle pèse plus ou moins 6 000 000 000 000 000 000 000 000 kilogrammes. Par contre, à l’échelle astronomique, c’est un poids plume.

Imaginez un demi-million de Terres, comprimées dans une sphère d’environ 10 kilomètres de diamètre. Eh bien, des objets aussi compacts et impensablement lourds existent dans l’espace.

Les étoiles à neutrons sont les objets astronomiques les plus petits et les plus denses connus. Elles résultent de l’effondrement d’étoiles qui ont violemment explosé sous forme de supernovas. Elles font partie des objets astronomiques les plus extrêmes, les plus fascinants et potentiellement les plus utiles qui existent. On croit qu’il y en a 100 millions dans notre seule galaxie.

Pour commémorer le 50e anniversaire de la découverte des étoiles à neutrons, voici quelques renseignements (et quelques vidéos, grâce à Victoria Kaspi, experte des étoiles à neutrons) sur ces objets déraisonnablement lourds.

Supernova
Les étoiles à neutrons naissent d’explosions de supernovas, si brillantes qu’elles égalent brièvement toute la lumière présente par ailleurs dans le ciel. D’après le nombre d’étoiles pouvant avoir atteint le stade de supernova, il y aurait dans notre galaxie — la Voie lactée — plus ou moins 100 millions d’étoiles à neutrons. On en a trouvé jusqu’à maintenant environ 2 000.
 

Origine du nom
Les étoiles à neutrons tirent leur nom du fait que, à cause de la gravité extrêmement intense, les particules chargées que sont les protons et les électrons fusionnent presque toutes pour former des neutrons dépourvus de charge électrique.
 

Victoria Kaspi parle de la durée de vie des pulsars :

 

Zwicky
Walter Baade et Fritz Zwicky ont avancé en 1934 l’existence des étoiles à neutrons. À l’époque, l’idée a été rejetée par de nombreux scientifiques, que Zwicky — au caractère notoirement irritable — a qualifiés d’« écervelés » et de « lèche-bottes » publiant des « bêtises inutiles ».
 

Bell Burnell
Le premier pulsar a été découvert en 1967 par Jocelyn Bell Burnell, qui était alors étudiante diplômée à l’Université de Cambridge. Non seulement a-t-elle contribué à la construction du radiotélescope qui avait été conçu par Martin Ryle et Antony Hewish (son directeur de thèse de doctorat), mais c’est elle qui a remarqué des impulsions étranges venant d’un point précis du ciel et qui a argué que ça valait la peine de les étudier.
 
Martin Ryle et Antony Hewish ont obtenu conjointement le prix Nobel de physique 1974 pour cette découverte.
 


La spectaculaire nébuleuse du Crabe est le vestige d’une explosion de supernova survenue en l’an 1054 de notre ère. En son centre, il y a le pulsar du Crabe, un des rares pulsars identifiés dans la partie visible du spectre électromagnétique (la plupart sont détectés à l’aide d’ondes radio).
 

Gravité et température
Si vous laissiez tomber votre téléphone d’une hauteur de 1 mètre sur une étoile à neutrons, il atterrirait sur l’étoile à la vitesse de 2 000 kilomètres par seconde! Si votre téléphone n’était pas détruit par la force de l’impact (hypothèse invraisemblable), il le serait par la température de 600 000 kelvins.
 

Densité d'une étoile à neutrons
Une parcelle d’étoile à neutrons de la taille d’un morceau de sucre a environ la même masse que l’ensemble de l’humanité (la totalité des 7 à 8 milliards d’êtres humains).
 


Un magnétar est une étoile à neutrons qui possède un champ magnétique d’une puissance incroyable — plus puissant que tout autre champ magnétique connu. Si un magnétar s’approchait à environ 200 000 kilomètres de la Terre, il effacerait l’information enregistrée sur toutes les cartes de crédit!
 

ligo neutron stars
Plus de 40 ans avant la détection directe d’ondes gravitationnelles réalisée par le LIGO en 2015, l’étoile binaire de Hulse et Taylor, formée d’une paire d’étoiles à neutrons en orbite l’une autour de l’autre, a fourni la première preuve indirecte de l’existence des ondes gravitationnelles : leurs orbites se rétrécissaient à un rythme correspondant exactement à la perte d’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles.
 

Victoria Kaspi parle d’une grille de signaux périodiques de pulsars :

Ondes gravitationnelles en provenance d’étoiles à neutrons : conférence de Victoria Kaspi à l’Institut Périmètre
 

Cassiopée
En 2009, des chercheurs ont observé des signes d’une mince atmosphère de carbone autour de l’étoile à neutrons contenue dans le vestige de la supernova Cassiopée A. Cette atmosphère a une épaisseur de seulement 10 centimètres, à cause de la compression due à la force de gravité de l’étoile à neutrons, égale à 100 milliards de fois celle que l’on mesure à la surface de la Terre.
 

Pâtes dans les étoiles à neutrons
Dans les profondeurs des étoiles à neutrons, les noyaux atomiques sont écrasés si étroitement les uns contre les autres que les neutrons et les protons se disposent en états exotiques qui ressemblent à des pâtes alimentaires de diverses formes. Les variantes de « pâtes nucléaires » citées dans des articles scientifiques comprennent des états appelés gnocchi, spaghetti, lasagne et penne.
 

Étoile à neutrons et phare
Certaines étoiles à neutrons projettent des jets de rayonnement le long de leur axe magnétique. Lorsque ces faisceaux en rotation balaient la Terre, ils ressemblent à des impulsions semblables à celles d’un phare — d’où le nom de pulsars donné à ces étoiles.
 

À quoi ressemble le son d’une étoile à neutrons?

La musique des étoiles à neutrons : conférence de Victoria Kaspi à l’Institut Périmètre
 

Rotation des étoiles à neutrons
Lorsqu’une étoile explose sous forme de supernova, son moment angulaire est conservé dans l’étoile à neutrons qui en résulte. L’étoile à neutrons tourne beaucoup plus vite parce que son diamètre est beaucoup plus petit que celui de son étoile d’origine, comme une patineuse artistique qui ramène ses bras contre son corps pendant une pirouette.
 

Pulsars lent et rapide
Le pulsar le plus lent de la Voie lactée fait une rotation toutes les 8 secondes. Le pulsar le plus rapide que l’on connaisse dans notre galaxie s’appelle PSR J1748-2446ad. Il tourne à la vitesse phénoménale de 716 rotations par seconde, soit davantage que le mélangeur le plus rapide sur terre!
 

Victoria Kaspi révèle d’autres faits fascinants sur les étoiles à neutrons :

D’autres données sur les étoiles à neutrons : conférence de Victoria Kaspi à l’Institut Périmètre
 

Visionnez la conférence complète, intitulée The Cosmic Gift of Neutron Stars (Le cadeau cosmique des étoiles à neutrons), prononcée par Victoria Kaspi à l’Institut Périmètre

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