Nous ne comprenons pas vraiment les étoiles à neutrons. Oh, nous savons qu'ils sommes – ce sont les restes de certaines des étoiles les plus massives de l'univers – mais révéler leur fonctionnement interne est un peu délicat, car la physique qui les maintient en vie n'est que mal comprise.

Mais de temps en temps, deux étoiles à neutrons se brisent, et quand ils le font, ils ont tendance à exploser, crachant leurs tripes quantiques dans tout l'espace. Selon la structure interne et la composition des étoiles à neutrons, l'"éjecta" (le terme scientifique poli pour le vomi de projectile astronomique) sera différent de nous autres observateurs terrestres, nous donnant un moyen grossier mais potentiellement puissant de comprendre ces créatures exotiques.

Nougat d'étoile à neutrons

Comme vous l'avez peut-être deviné, les étoiles à neutrons sont constituées de neutrons. Bien, principalement. Ils ont aussi des protons qui nagent à l'intérieur d'eux, ce qui est important pour plus tard, alors j'espère que vous vous en souvenez.

Les étoiles à neutrons sont les restes de noyaux de très grosses étoiles. Quand ces étoiles géantes approchent de la fin de leur vie, ils commencent à fusionner des éléments plus légers en fer et en nickel. Le poids gravitationnel du reste de l'étoile continue de briser ces atomes ensemble, mais ces réactions de fusion ne produisent plus d'énergie en excès, ce qui veut dire que rien n'empêche l'étoile de continuer à s'effondrer désastreusement sur elle-même.

Dans le noyau, les pressions et les densités deviennent si extrêmes que des électrons aléatoires sont poussés à l'intérieur des protons, les transformer en neutrons. Une fois ce processus terminé (qui prend moins d'une douzaine de minutes), cette boule de neutrons géante a enfin les moyens de résister à un nouvel effondrement. Le reste de l'étoile rebondit sur ce noyau nouvellement forgé et explose dans une belle explosion de supernova, laissant derrière lui le cœur :l'étoile à neutrons.

Spirales de malheur

Alors comme je l'ai dit, les étoiles à neutrons sont des boules géantes de neutrons, avec des tonnes de matériel (quelques soleils !) entassés dans un volume pas plus grand qu'une ville. Comme vous pouvez l'imaginer, les intérieurs de ces créatures exotiques sont étranges, mystérieux, et complexe.

Les neutrons se regroupent-ils en couches et forment-ils de petites structures ? Les intérieurs profonds sont-ils une soupe épaisse de neutrons qui deviennent de plus en plus étranges au fur et à mesure que vous allez en profondeur ? Est-ce que cela cède la place à des choses encore plus étranges ? Qu'en est-il de la nature de la croûte - la couche la plus externe d'électrons emballés ?

Il y a beaucoup de questions sans réponse en ce qui concerne les étoiles à neutrons. Mais heureusement, la nature nous a donné un moyen de regarder à l'intérieur d'eux.

Inconvénient mineur :nous devons attendre que deux étoiles à neutrons entrent en collision avant d'avoir la chance de voir de quoi elles sont faites. Vous vous souvenez de GW170817 ? C'est vrai – c'était la grande découverte des ondes gravitationnelles émanant de deux étoiles à neutrons en collision, ainsi qu'une multitude d'observations de suivi au télescope à tir rapide à travers le spectre électromagnétique.

Toutes ces observations simultanées nous ont donné l'image la plus complète à ce jour des soi-disant kilonovas, ou de puissantes explosions d'énergie et de rayonnement provenant de ces événements extrêmes. L'épisode particulier de GW170817 était le seul jamais capturé avec des détecteurs d'ondes gravitationnelles, mais certainement pas le seul à se produire dans l'univers.

Un espoir neutronique

Quand les étoiles à neutrons entrent en collision, les choses se gâtent très vite. Ce qui rend les choses particulièrement compliquées, c'est la petite population de protons qui se cache à l'intérieur de l'étoile à neutrons principalement à neutrons. En raison de leur charge positive et de la rotation ultra-rapide de l'étoile elle-même, ils sont capables de créer un champ magnétique incroyablement puissant (dans certains cas, les champs magnétiques les plus puissants de l'univers entier) et ces champs magnétiques jouent à des jeux méchants.

Au lendemain d'une collision d'étoiles à neutrons, les restes en lambeaux des étoiles mortes continuent de tourbillonner les uns autour des autres en orbite rapide, avec certaines de leurs entrailles se dilatant dans une onde de choc titanesque, alimenté par l'énergie du crash.

Le matériau tourbillonnant restant forme rapidement un disque, avec ce disque enfilé par de puissants champs magnétiques. Et lorsque de puissants champs magnétiques se retrouvent à l'intérieur de disques à rotation rapide, ils commencent à se replier sur eux-mêmes et à s'amplifier, devenant encore plus fort. Par un processus pas entièrement compris (parce que la physique, comme le scénario, devient un peu désordonné) ces champs magnétiques s'enroulent près du centre du disque et évacuent complètement le matériau du système :un jet.

Les jets, un à chaque pôle, souffle vers l'extérieur, transportant des radiations et des particules loin de l'accident de voiture cosmique. Dans un article récent, ont étudié la formation et la durée de vie du jet, en regardant particulièrement attentivement combien de temps il faut pour qu'un jet se forme après la collision initiale. Il s'avère que les détails du mécanisme de lancement du jet dépendent du contenu intérieur des étoiles à neutrons d'origine :si vous modifiez la façon dont les étoiles à neutrons sont structurées, vous obtenez des histoires de collisions différentes et des signatures différentes dans les propriétés des jets.

Avec des observations plus horribles de kilonovas, nous pourrions encore être en mesure de discerner certains de ces modèles, et découvrez ce qui fait vraiment vibrer les étoiles à neutrons.