Quand une étoile massive meurt, ses principaux contrats. Dans une explosion de supernova, les couches externes de l'étoile sont expulsées, laissant derrière lui une étoile à neutrons ultra-compacte. Pour la première fois, les observatoires LIGO et Virgo ont récemment pu observer la fusion de deux étoiles à neutrons et mesurer la masse des étoiles fusionnantes. Ensemble, les étoiles à neutrons avaient une masse de 2,74 masses solaires. Sur la base de ces données d'observation, une équipe internationale de scientifiques allemands, Grèce, et le Japon, dont l'astrophysicien HITS, le Dr Andreas Bauswein, a réussi à réduire la taille des étoiles à neutrons à l'aide de simulations informatiques. Les calculs suggèrent que le rayon de l'étoile à neutrons doit être d'au moins 10,7 km. Les résultats de l'équipe de recherche internationale ont été publiés dans Lettres de revues astrophysiques .

L'effondrement comme preuve

Dans les collisions d'étoiles à neutrons, deux étoiles à neutrons gravitent l'une autour de l'autre, fusionnant finalement pour former une étoile avec environ deux fois la masse des étoiles individuelles. Dans cet événement cosmique, les ondes gravitationnelles - oscillations de l'espace-temps - dont les caractéristiques du signal sont liées à la masse des étoiles, sont émis. Cet événement ressemble à ce qui se passe lorsqu'une pierre est jetée dans l'eau et que des vagues se forment à la surface de l'eau. Plus la pierre est lourde, plus les vagues sont hautes.

Les scientifiques ont simulé différents scénarios de fusion pour les masses récemment mesurées afin de déterminer le rayon des étoiles à neutrons. En faisant ainsi, ils se sont appuyés sur différents modèles et équations d'état décrivant la structure exacte des étoiles à neutrons. Puis, l'équipe de scientifiques a vérifié si les scénarios de fusion calculés sont cohérents avec les observations. La conclusion :Tous les modèles qui conduisent à l'effondrement direct du reliquat de fusion peuvent être écartés car un effondrement conduit à la formation d'un trou noir, ce qui à son tour signifie que relativement peu de lumière est émise pendant la collision. Cependant, différents télescopes ont observé une source lumineuse brillante à l'emplacement de la collision des étoiles, qui fournit des preuves claires contre l'hypothèse de l'effondrement.

Les résultats excluent ainsi un certain nombre de modèles de matière d'étoile à neutrons, à savoir tous les modèles qui prédisent un rayon d'étoile à neutrons inférieur à 10,7 kilomètres. Cependant, la structure interne des étoiles à neutrons n'est pas encore entièrement comprise. Les rayons et la structure des étoiles à neutrons intéressent particulièrement non seulement les astrophysiciens, mais aussi aux physiciens nucléaires et des particules parce que la structure interne de ces étoiles reflète les propriétés de la matière nucléaire à haute densité trouvée dans chaque noyau atomique.

Les étoiles à neutrons révèlent les propriétés fondamentales de la matière

Alors que les étoiles à neutrons ont une masse légèrement plus grande que notre soleil, leur diamètre n'est que de quelques 10 km. Ces étoiles contiennent donc une grande masse dans un très petit espace, ce qui conduit à des conditions extrêmes dans leur intérieur. Les chercheurs explorent ces conditions internes depuis déjà quelques décennies et sont particulièrement intéressés à mieux rétrécir le rayon de ces étoiles car leur taille dépend des propriétés inconnues de la densité de la matière.

Les nouvelles mesures et les nouveaux calculs aident les théoriciens à mieux comprendre les propriétés de la matière à haute densité dans notre univers. L'étude récemment publiée représente déjà un progrès scientifique car elle a écarté certains modèles théoriques, mais il existe encore un certain nombre d'autres modèles avec des rayons d'étoiles à neutrons supérieurs à 10,7 km. Cependant, les scientifiques ont pu démontrer que d'autres observations de fusions d'étoiles à neutrons continueront d'améliorer ces mesures. Les observatoires LIGO et Virgo viennent de commencer à prendre des mesures, et la sensibilité des instruments continuera d'augmenter au cours des prochaines années et fournira des données d'observation encore meilleures. "Nous nous attendons à ce que davantage de fusions d'étoiles à neutrons soient bientôt observées et que les données d'observation de ces événements en révèlent davantage sur la structure interne de la matière, " conclut Andreas Bauswein, scientifique de HITS.