Les astrophysiciens de l'université Goethe de Francfort ont fixé une nouvelle limite pour la masse maximale des étoiles à neutrons :elles ne peuvent dépasser 2,16 masses solaires.

Depuis leur découverte dans les années 1960, les scientifiques ont cherché à répondre à une question importante :jusqu'à quel point les étoiles à neutrons peuvent-elles réellement devenir massives ? Contrairement aux trous noirs, ces étoiles ne peuvent pas gagner en masse arbitrairement; passé une certaine limite, il n'y a aucune force physique dans la nature qui puisse contrer leur énorme force gravitationnelle. Pour la première fois, les astrophysiciens de l'université Goethe de Francfort ont réussi à calculer une limite supérieure stricte pour la masse maximale des étoiles à neutrons.

Avec un rayon d'environ 12 kilomètres et une masse qui peut être deux fois plus grande que celle du soleil, les étoiles à neutrons sont parmi les objets les plus denses de l'univers, produisant des champs gravitationnels comparables à ceux des trous noirs. Alors que la plupart des étoiles à neutrons ont une masse d'environ 1,4 fois celle du soleil, des exemples massifs sont également connus, comme le pulsar PSR J0348+0432 avec 2,01 masses solaires.

La densité de ces étoiles est énorme, comme si tout l'Himalaya était compressé dans une chope de bière. Cependant, il y a des indications qu'une étoile à neutrons avec une masse maximale s'effondrerait en un trou noir si même un seul neutron était ajouté.

Avec ses élèves Elias Most et Lukas Weih, Professeur Luciano Rezzolla, physicien, chercheur principal à l'Institut d'études avancées de Francfort (FIAS) et professeur d'astrophysique théorique à l'Université Goethe de Francfort, a désormais résolu le problème resté sans réponse depuis 40 ans :avec une précision de quelques pour cent, la masse maximale des étoiles à neutrons non tournantes ne peut excéder 2,16 masses solaires.

La base de ce résultat était l'approche des « relations universelles » développée à Francfort il y a quelques années [www.goethe-university-frankfurt.de/60913695/15]. L'existence de « relations universelles » implique que pratiquement toutes les étoiles à neutrons « se ressemblent, " ce qui signifie que leurs propriétés peuvent être exprimées en termes de quantités sans dimension. Les chercheurs ont combiné ces "relations universelles" avec des données sur les signaux d'ondes gravitationnelles et le rayonnement électromagnétique subséquent (kilonova) obtenus lors de l'observation l'année dernière de deux étoiles à neutrons fusionnant dans le cadre de l'expérience LIGO. Cela simplifie énormément les calculs car il les rend indépendants de l'équation d'état. Cette équation est un modèle théorique pour décrire la matière dense à l'intérieur d'une étoile qui fournit des informations sur sa composition à différentes profondeurs dans l'étoile. Un tel universel relation a donc joué un rôle essentiel dans la définition de la nouvelle masse maximale.

Le résultat est un bon exemple de l'interaction entre la recherche théorique et expérimentale. "La beauté de la recherche théorique est qu'elle peut faire des prédictions. Théorie, cependant, a désespérément besoin d'expériences pour réduire certaines de ses incertitudes, " dit le professeur Rezzolla. " Il est donc tout à fait remarquable que l'observation d'une seule fusion d'étoiles à neutrons binaires qui s'est produite à des millions d'années-lumière combinée aux relations universelles découvertes grâce à nos travaux théoriques nous aient permis de résoudre une énigme qui a fait l'objet de tant de spéculations. autrefois."

Les résultats de la recherche ont été publiés dans une lettre du Journal d'astrophysique . Quelques jours plus tard, des groupes de recherche des États-Unis et du Japon ont confirmé les résultats, malgré avoir suivi jusqu'à présent des approches différentes et indépendantes.

L'astronomie des ondes gravitationnelles devrait observer d'autres événements de ce type dans un proche avenir, à la fois en termes de signaux d'ondes gravitationnelles et dans les gammes de fréquences plus traditionnelles. Cela réduira encore les incertitudes sur la masse maximale et conduira à une meilleure compréhension de la matière dans des conditions extrêmes. Ceci sera simulé dans des accélérateurs de particules modernes, par exemple au CERN en Suisse ou à l'installation FAIR en Allemagne.