Les étoiles à neutrons ont été classées comme des «morts-vivants»… de vraies étoiles zombies. Ils sont nés lorsqu'une étoile massive s'effondre sous sa gravité et que ses couches externes sont projetées de loin, éclipsant un milliard de soleils, lors d'un événement de supernova. Ce qui reste est un cadavre stellaire… un noyau d'une densité inconcevable… où une cuillère à café pèserait environ un milliard de tonnes sur Terre. Comment étudierions-nous une telle curiosité? La NASA a proposé une mission appelée l'explorateur de composition intérieure de l'étoile à neutrons (NICER) qui détecterait le zombie et nous permettrait de voir dans le cœur sombre d'une étoile à neutrons.
Le cœur d'une étoile à neutrons est assez incroyable. Malgré le fait qu'il ait emporté la majeure partie de son extérieur et arrêté la fusion nucléaire, il dégage toujours la chaleur de l'explosion et dégage un champ magnétique qui fait pencher la balance. Cette forme intense de rayonnement causée par l'effondrement du cœur se mesure à plus d'un billion de fois plus fort que le champ magnétique terrestre. Si vous ne trouvez pas cela impressionnant, pensez à la taille. À l'origine, l'étoile pouvait avoir un billion de milles ou plus de diamètre, mais elle est maintenant compressée à la taille d'une ville moyenne. Cela fait d'une étoile à neutrons une minuscule dynamo - capable de condenser la matière en elle-même à plus de 1,4 fois le contenu du Soleil, ou au moins 460 000 Terres.
"Une étoile à neutrons est juste au seuil de la matière car elle peut exister - si elle devient plus dense, elle devient un trou noir", explique le Dr Zaven Arzoumanian du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. «Nous n'avons aucun moyen de créer des intérieurs d'étoiles à neutrons sur Terre, donc ce qui arrive à la matière sous une pression aussi incroyable est un mystère - il existe de nombreuses théories sur son comportement. Le plus proche que nous arrivons à simuler ces conditions est dans les accélérateurs de particules qui brisent les atomes ensemble à presque la vitesse de la lumière. Cependant, ces collisions ne sont pas un substitut exact - elles ne durent qu'une fraction de seconde, et elles génèrent des températures bien plus élevées que celles qui se trouvent à l'intérieur des étoiles à neutrons. »
Si elle est approuvée, la mission NICER sera lancée d'ici l'été 2016 et rattachée de manière robotique à la Station spatiale internationale. En septembre 2011, la NASA a sélectionné NICER pour étude en tant que mission d'explorateur potentielle. La mission recevra 250 000 $ pour mener une étude de mise en œuvre de 11 mois. Cinq propositions de Mission d'opportunité ont été sélectionnées parmi 20 soumissions. À la suite des études détaillées, la NASA prévoit de sélectionner pour le développement une ou plusieurs des cinq propositions de Mission of Opportunity en février 2013.
Que fera NICER? Tout d'abord, un réseau de 56 télescopes collectera des informations sur les rayons X provenant des pôles magnétiques et des points chauds des étoiles à neutrons. C'est à partir de ces zones que nos étoiles zombies émettent des rayons X et, en tournant, créent une impulsion de lumière - d'où le terme «pulsar». À mesure que l'étoile à neutrons rétrécit, elle tourne plus rapidement et la gravité intense qui en résulte peut attirer le matériau d'une étoile en orbite étroite. Certains de ces pulsars tournent si vite qu'ils peuvent atteindre des vitesses de plusieurs centaines de rotations par seconde! Ce que les scientifiques ont hâte de comprendre, c'est comment la matière se comporte à l'intérieur d'une étoile à neutrons et «fixant l'équation d'état (EOS) correcte qui décrit le plus précisément comment la matière réagit à l'augmentation de la pression. Actuellement, il existe de nombreux EOS suggérés, chacun proposant que la matière puisse être compressée par différentes quantités à l'intérieur des étoiles à neutrons. Supposons que vous teniez deux boules de la même taille, mais l'une était en mousse et l'autre en bois. Vous pouvez serrer la boule en mousse à une taille plus petite que celle en bois. De la même manière, un EOS qui dit que la matière est hautement compressible prédira une étoile à neutrons plus petite pour une masse donnée qu'un EOS qui dit que la matière est moins compressible. »
Maintenant, tout ce que NICER devra faire est de nous aider à mesurer la masse d'un pulsar. Une fois qu'il est déterminé, nous pouvons obtenir un EOS correct et débloquer le mystère du comportement de la matière sous une gravité intense. «Le problème est que les étoiles à neutrons sont petites et beaucoup trop éloignées pour permettre de mesurer directement leur taille», explique le chercheur principal de NICER, le Dr Keith Gendreau de la NASA Goddard. "Cependant, NICER sera la première mission qui aura suffisamment de sensibilité et de résolution temporelle pour déterminer indirectement la taille d'une étoile à neutrons. La clé est de mesurer avec précision à quel point la luminosité des rayons X change au fur et à mesure que l'étoile à neutrons tourne. »
Alors, qu'est-ce que notre étoile zombie fait de plus impressionnant? En raison de leur extrême gravité dans un si petit volume, ils déforment l'espace / temps conformément à la théorie d'Einstein de la relativité générale. C'est cette «déformation» spatiale qui permet aux astronomes de révéler la présence d'une étoile compagnon. Il produit également des effets comme un décalage orbital appelé précession, permettant à la paire d'orbiter les uns sur les autres, provoquant des ondes gravitationnelles et produisant une énergie orbitale mesurable. L'un des objectifs de NICER est de détecter ces effets. La chaîne elle-même permettra à l'équipe de déterminer la taille de l'étoile à neutrons. Comment? Imaginez pousser votre doigt dans un matériau extensible - puis imaginez pousser toute votre main contre. Plus l'étoile à neutrons est petite, plus elle déformera l'espace et la lumière.
Ici, les courbes de lumière deviennent très importantes. Lorsque les points chauds d’une étoile à neutrons sont alignés sur nos observations, la luminosité augmente à mesure que l’on tourne en vue et s’obscurcit en s'éloignant. Il en résulte une courbe de lumière avec de grosses vagues. Mais, lorsque l'espace est déformé, nous sommes autorisés à voir autour de la courbe et à voir le deuxième point chaud - résultant en une courbe lumineuse avec des vagues plus douces et plus petites. L'équipe a des modèles qui produisent «des courbes de lumière uniques pour les différentes tailles prédites par différents EOS. En choisissant la courbe de lumière qui correspond le mieux à celle observée, ils obtiendront le bon EOS et résoudront l'énigme de la matière au bord de l'oubli. »
Et insufflez la vie aux étoiles zombies…
Source de l'histoire originale: NASA Mission News.
