Explorateur de composition intérieure d'étoiles à neutrons de la NASA, ou PLUS BEAU, est un télescope à rayons X lancé sur une fusée SpaceX Falcon 9 début juin 2017. Installé sur la Station spatiale internationale, d'ici la mi-juillet, il commencera ses travaux scientifiques - pour étudier les objets astrophysiques exotiques connus sous le nom d'étoiles à neutrons et examiner s'ils pourraient être utilisés comme balises de navigation dans l'espace lointain pour les futures générations de vaisseaux spatiaux.

Que sont les étoiles à neutrons ? Lorsque des étoiles au moins huit fois plus massives que le Soleil épuisent tout le carburant de leur noyau par des réactions de fusion thermonucléaire, la pression de la gravité les fait s'effondrer. L'explosion de supernova qui en résulte éjecte la majeure partie de la matière de l'étoile dans les confins de l'espace. Ce qui reste forme soit une étoile à neutrons, soit un trou noir.

J'étudie les étoiles à neutrons en raison de leur riche éventail de phénomènes astrophysiques et des nombreux domaines de la physique auxquels elles sont connectées. Ce qui rend les étoiles à neutrons extrêmement intéressantes, c'est que chaque étoile a environ 1,5 fois la masse du Soleil, mais seulement environ 25 km de diamètre – la taille d'une seule ville. Quand vous entasser autant de masse dans un si petit volume, la matière est plus dense que celle d'un noyau atomique. Donc, par exemple, alors que le noyau d'un atome d'hélium n'a que deux neutrons et deux protons, une étoile à neutrons est essentiellement un seul noyau composé de 10 ⁵⁷ neutrons et 10 ⁵⁶ protons.

Physique exotique impossible sur Terre

Nous pouvons utiliser les étoiles à neutrons pour sonder les propriétés de la physique nucléaire qui ne peuvent pas être étudiées dans les laboratoires sur Terre. Par exemple, certaines théories actuelles prédisent que des particules exotiques de matière, tels que les hypérons et les quarks déconfinés, peuvent apparaître aux densités élevées qui sont présentes dans les étoiles à neutrons. Les théories indiquent également qu'à des températures d'un milliard de degrés Celsius, les protons de l'étoile à neutrons deviennent supraconducteurs et les neutrons, sans charge, devenir superfluide.

Le champ magnétique des étoiles à neutrons est également extrême, peut-être le plus fort de l'univers, et des milliards de fois plus fort que tout ce qui est créé dans les laboratoires. Alors que la gravité à la surface d'une étoile à neutrons peut ne pas être aussi forte que celle près d'un trou noir, les étoiles à neutrons créent encore des distorsions importantes dans l'espace-temps et peuvent être des sources d'ondes gravitationnelles, qui ont été déduits de la recherche sur les étoiles à neutrons dans les années 1970, et confirmé à partir de trous noirs par les expériences LIGO récemment.

L'objectif principal de NICER est de mesurer avec précision la masse et le rayon de plusieurs étoiles à neutrons - et, bien que le télescope observera d'autres types d'objets astronomiques, ceux d'entre nous qui étudient les étoiles à neutrons espèrent que NICER nous fournira des informations uniques sur ces objets fascinants et leur physique. NICER mesurera comment la luminosité d'une étoile à neutrons change en fonction de son énergie, et comment cela change à mesure que l'étoile tourne, révélant différentes parties de la surface. Ces observations seront comparées à des modèles théoriques basés sur les propriétés de l'étoile telles que la masse et le rayon. Des déterminations précises de la masse et du rayon fourniront un test essentiel de la théorie nucléaire.

Un GPS pour l'espace lointain

Un autre aspect des étoiles à neutrons qui pourrait s'avérer important pour les futurs voyages spatiaux est leur rotation – et cela sera également testé par NICER. Étoiles à neutrons en rotation, connu sous le nom de pulsars, émettent des faisceaux de rayonnement comme un phare et tournent aussi vite que 716 fois par seconde. Ce taux de rotation dans certaines étoiles à neutrons est plus stable que les meilleures horloges atomiques que nous avons sur Terre. En réalité, c'est cette caractéristique des étoiles à neutrons qui a conduit à la découverte des premières planètes en dehors de notre système solaire en 1992 – trois planètes de la taille de la Terre tournant autour d'une étoile à neutrons.

La mission NICER, en utilisant une partie du télescope appelée SEXTANT, testera si la régularité et la stabilité extraordinaires de la rotation des étoiles à neutrons pourraient être utilisées comme un réseau de balises de navigation dans l'espace lointain. Les étoiles à neutrons pourraient ainsi servir de satellites naturels contribuant à un système de positionnement galactique (plutôt que mondial) et pourraient être utilisées par les futurs engins spatiaux habités et non habités pour naviguer parmi les étoiles.

NICER fonctionnera pendant 18 mois, mais on espère que la NASA continuera à soutenir son opération par la suite, surtout s'il peut atteindre ses objectifs scientifiques ambitieux. J'espère aussi, parce que NICER combine et améliore considérablement les capacités inestimables des précédents engins spatiaux à rayons X - RXTE, Chandra, et XMM-Newton – qui sont utilisés pour découvrir les mystères des étoiles à neutrons et révéler les propriétés de la physique fondamentale.

La première étoile à neutrons, un pulsar, a été découvert en 1967 par Jocelyn Bell Burnell. Il conviendrait d'obtenir une percée sur les étoiles à neutrons en cette année du 50e anniversaire.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.