La structure générale des étoiles à neutrons révélée

Les étoiles à neutrons sont des objets incroyablement compacts qui peuvent se former après la mort d'une étoile. Cependant, on sait peu de choses sur leurs intérieurs. Depuis leur découverte, les scientifiques tentent de déchiffrer leur structure.

Puisqu'ils peuvent à peine être dupliqués sur Terre dans un laboratoire, le plus grand obstacle est de simuler les conditions extrêmes à l'intérieur des étoiles à neutrons. En conséquence, il existe de nombreux modèles dans lesquels différents attributs, tels que la température et la densité, sont définis à l'aide de ce que l'on appelle des équations d'état. Ces équations tentent de caractériser la structure des étoiles à neutrons de la surface stellaire au noyau interne.

Aujourd'hui, les physiciens de Goethe Université Francfort ont réussi à ajouter d'autres pièces cruciales au puzzle. Ils ont développé plus d'un million d'équations d'état qui satisfont aux contraintes imposées par les données issues de la physique nucléaire théorique d'une part et par les observations astronomiques d'autre part.

Lorsqu'ils ont évalué les équations d'état, les physiciens ont trouvé quelque chose de surprenant : la « lumière » étoiles à neutrons (avec des masses inférieures à environ 1.7 masse solaire) semblent avoir un manteau mou et un noyau rigide, tandis que les étoiles à neutrons "lourdes" (avec des masses supérieures à 1.7 masse solaire) ont plutôt un manteau rigide et un noyau mou.

Le professeur Luciano Rezzolla a déclaré : « Ce résultat est très intéressant car il nous donne une mesure directe de la compressibilité du centre des étoiles à neutrons. Les étoiles à neutrons se comportent un peu comme des pralines au chocolat : les étoiles légères ressemblent à celles chocolats avec une noisette en leur centre entourée de chocolat mou, alors que les étoiles lourdes peuvent être considérées davantage comme ces chocolats où une couche dure contient une garniture molle.

La vitesse du son est cruciale pour cette idée. Cette métrique quantitative, qui s'appuie sur la rigidité ou la souplesse de la matière, décrit la vitesse à laquelle les ondes sonores se déplacer à l'intérieur d'un élément. Sur Terre, on trouve des gisements de pétrole, et le l'intérieur de la planète est exploré à l'aide de la vitesse du son.

Les scientifiques ont également pu identifier des caractéristiques supplémentaires, jusque-là inconnues, des étoiles à neutrons en modélisant les équations d'état. Par exemple, ils ont très probablement un rayon de seulement 12 kilomètres, quelle que soit leur masse. Ils ont la même circonférence que Francfort.

Auteur Dr Christian Ecker Explique: «Notre étude numérique approfondie nous permet non seulement de faire des prédictions pour les rayons et les masses maximales des étoiles à neutrons, mais aussi de fixer de nouvelles limites à leur déformabilité dans les systèmes binaires, c'est-à-dire à quel point elles se déforment mutuellement à travers leur champs gravitationnels. Ces informations deviendront particulièrement importantes pour identifier l'équation d'état inconnue avec les futures observations astronomiques et les détections d'ondes gravitationnelles provenant d'étoiles en fusion.

Références de revues :

1. Sinan Altiparmak, Christian Ecker, Luciano Rezzolla : Sur la vitesse du son dans les étoiles à neutrons. Les lettres du journal astrophysique (2022) DOI : 10.3847/2041-8213/ac9b2a
2. Christian Ecker & Luciano Rezzolla : Une description générale, indépendante de l'échelle, de la vitesse du son dans les étoiles à neutrons. Les lettres du journal astrophysique (2022) DOI : 10.3847/2041-8213/ac8674