Avec 2,3 millions de degrés pour une existence de seulement 841 ans, l’étoile à neutrons J0205 est trop froide pour s’accorder avec un grand nombre de modèles expliquant le refroidissement de ces objets singuliers du bestiaire cosmique, selon une étude d’astronomes espagnols.
Une étoile à neutrons est la relique de l’explosion d’une étoile massive en fin de vie. Si cette relique dépasse une certaine masse, elle se transforme en trou noir. En dessous, elle devient une étoile à neutrons, comme PSR J0205+6449, son nom complet.
Un objet d’une densité phénoménale, avec l’équivalent de 1,4 Soleil comprimé dans une sphère d’un diamètre de 20 à 30 km. Et une rotation de quinze tours par seconde générant un puissant champ magnétique, accompagné de l’émission de rayons X.
Cette toupie cosmique tient « des informations uniques sur les propriétés et le comportement de la matière dans des conditions extrêmes de densité et de champs magnétiques »rappelle l’étude publiée jeudi dans Nature Astronomy.
Conditions non reproductibles en laboratoire et pour lesquelles les physiciens ont établi des modèles, appelés équations d’état. Ils permettent de décrire les processus à l’œuvre au cœur de ces étoiles, dans des états où les noyaux des atomes se désintègrent et où leurs composants se comportent de manière étrange.
En parcourant le catalogue des deux télescopes spatiaux XMM-Newton et Chandra, dédiés à la détection des étoiles à neutrons, l’équipe d’astronomes espagnols en a identifié trois qui se démarquent des autres.
« Sur le papier, leur température est très élevée, mais inhabituellement froide pour leur jeune âge », résume pour l’AFP le Dr Alessio Marino, co-auteur de l’étude et membre de l’Institut des sciences spatiales de Barcelone. Et pas qu’un peu, puisqu’elle est au moins deux fois moins élevée que celle des étoiles à neutrons du même âge.
500 milliards de degrés
Typiquement, l’étoile naît « à une température d’environ 500 milliards de degrés, et au bout de quelques minutes seulement, elle descend en dessous de 10 milliards de degrés », explique à l’AFP Micaela Oertel, directrice de recherche au CNRS. à l’observatoire de Strasbourg et spécialiste de ces objets compacts. Cette température diminuera ensuite significativement avec l’âge, au bout d’un million d’années.
Dans ce cas, les astronomes ont calculé des courbes de refroidissement en fonction de l’âge, permettant ainsi une comparaison avec les étoiles à neutrons. Ils ont déterminé cet âge en observant le nuage résiduel de l’explosion originelle qui a vu naître les étoiles.
D’après leurs calculs, le plus jeune, J0205, a donc 841 ans. Une datation confirmée par les récits historiques des observateurs du ciel au Moyen Âge.
Les deux autres ont 7 700 ans et entre 2 500 et 5 000 ans, avec des températures respectivement de 1,9 et 4,6 millions de degrés. Au moins deux fois plus petites que celles des étoiles à neutrons contemporaines.
Or, « Le refroidissement de l’étoile est quelque chose de très sensible à sa composition intérieure »et notamment sa proportion de neutrons par rapport aux protons, selon Micaela Oertel, qui n’a pas participé à l’étude.
Le chercheur salue ainsi un travail « extrêmement intéressant »car cela restreint le nombre de modèles applicables aux étoiles d’une certaine masse.
Dans ce cas, l’étude conclut que pour les étoiles à neutrons considérées, ces modèles doivent inclure un mécanisme de refroidissement rapide, lié à la composition de l’étoile.
L’intérêt de ces travaux concerne la physique fondamentale, pour aider à comprendre notamment l’interaction forte, une des forces fondamentales régissant la matière dans l’infiniment petit. Mais aussi l’astrophysique, donc l’infiniment grand.
Puisque, comme l’explique Mme Oertel, « on sait désormais que la fusion des étoiles à neutrons est la principale source d’éléments lourds sur Terre »comme l’or ou le platine.
