Un théoricien en astrophysique de l'Université du Texas à Arlington mène un projet d'étude des phénomènes explosifs des sursauts X afin de mieux comprendre les étoiles à neutrons.

Nevin Weinberg, professeur agrégé de physique, dirigera l'étude, intitulé « Modèles hydrodynamiques spectraux et radiatifs des sursauts de rayons X à expansion du rayon photosphérique ». Financé par une subvention de trois ans de la Division des sciences astronomiques de la National Science Foundation, le projet impliquera également des étudiants de l'UTA et des physiciens de l'Université de Virginie.

Une étoile à neutrons se forme lorsqu'une étoile massive explose dans une supernova et que les restes se condensent et s'effondrent sur eux-mêmes en raison d'une gravitation extrêmement puissante. Ce matériau est tellement emballé que les protons et les électrons se combinent pour former des neutrons, d'où le nom d'étoiles à neutrons.

Si l'étoile à neutrons est dans un système binaire avec une autre étoile, il peut tirer de l'autre étoile de la matière riche en hydrogène ou en hélium qui forme alors une fine couche à sa surface. Une fois que l'étoile à neutrons atteint la masse critique, cette couche s'enflamme dans une explosion thermonucléaire, chauffer toute la surface de l'étoile à neutrons à des dizaines de millions de degrés Kelvin et libérer une rafale soudaine de rayons X.

Environ 20% de ces sursauts de rayons X sont des sursauts d'expansion du rayon photosphère (PRE), dans lequel la luminosité du sursaut est si élevée que les forces de rayonnement entraînent un vent optiquement épais qui soulève la photosphère (l'enveloppe externe à partir de laquelle la lumière est rayonnée) de la surface de l'étoile à neutrons.

"A part un trou noir, une étoile à neutrons est la plus dense, objet stellaire connu compact, " Weinberg a dit. " Il a une masse qui est une fois et demie à deux fois la masse de notre soleil, mais un rayon de seulement 10 kilomètres, il est donc extrêmement compact. Si vous avez pris une cuillère à café de ce matériau, il pèserait plus d'un milliard de tonnes.

L'étude utilisera des outils de simulation numérique de pointe pour fournir la simulation la plus sophistiquée des sursauts de rayons X PRE à ce jour. Les chercheurs compareront leurs résultats directement avec les observations des télescopes.

"Les étoiles à neutrons sont des objets intéressants non seulement pour l'astrophysique, mais pour la physique fondamentale, " a déclaré Weinberg. "A ces très hautes densités - des densités supérieures au noyau d'un atome - nous ne savons pas réellement comment la matière se comporte."

Les sursauts de rayons X sont détectés par les télescopes depuis les années 1970, mais beaucoup reste inconnu à leur sujet.

"C'est là qu'intervient notre projet. Nous allons essayer d'améliorer les modèles de sursauts X, " a déclaré Weinberg. " Le but est de mieux les comprendre et d'avoir une meilleure concordance entre les modèles et les observations, ce qui nous permettra de faire des déclarations plus précises sur l'étoile à neutrons sous-jacente qui soutient le sursaut."

Les équipes de l'UTA et de l'Université de Virginie étudieront la physique des sursauts de rayons X PRE en utilisant une combinaison de modèles informatiques sophistiqués. Les simulations attendues permettront aux astronomes de mieux comprendre les étoiles à neutrons, les processus de gravure lors des sursauts de rayons X, et la composition du vent éjecté lors d'une rafale.

Le projet fournira trois ans de financement à un étudiant diplômé du groupe de recherche de Weinberg. Cela lui permettra également d'encadrer des étudiants de premier cycle de la Louis Stokes Alliances for Minority Participation Summer Research Academy de l'UTA, qui offre des opportunités de recherche aux étudiants de groupes historiquement sous-représentés dans l'enseignement des STEM.

Alex Weiss, professeur et président du département de physique de l'UTA, a déclaré que le projet de Weinberg pourrait donner de nouvelles perspectives passionnantes sur les propriétés des étoiles à neutrons.

« Les simulations informatiques des sursauts de rayons X qui seront utilisées dans cette étude, ainsi que les observations des télescopes à rayons X, pourrait apporter des réponses à certaines des questions que nous nous posons sur les étoiles à neutrons, ", a déclaré Weiss.