Une sphère d’à peine 30 kilomètres de diamètre qui contient un peu plus de 2 fois la masse de notre Soleil : voici à quoi ressemble une étoile à neutrons très massive qui vient d’être mesurée. Une équipe de scientifiques a présenté cette découverte dans la revue Nature Astronomy le 16 septembre 2019 — une prépublication de l’étude complète est disponible sur la plateforme arXiv.org.
« Il est fort probable qu’il s’agisse de l’étoile à neutrons la plus massive jamais observée », écrivent les scientifiques dans cette étude. Cette étoile à neutrons, identifiée sous le nom « J0740+6620 », se trouve à environ 4 600 années-lumière de notre planète. Comme l’explique un communiqué de l’observatoire de Green Bank, cet astre s’approche de « la masse maximale théorique possible pour une étoile à neutrons ». Elle équivaut à environ 2,17 masses solaires et serait « presque trop massive pour exister ».
Une étoile à neutrons est un astre dense et dont les dimensions sont relativement petites. Comme son nom l’indique, cette étoile est majoritairement composée de neutrons (une particule électriquement neutre) qui restent ensemble sous l’effet des forces de gravitation. L’étoile à neutrons correspond au dernier stade de l’évolution d’une étoile, dont la masse est entre 1,5 et 3 fois celle du Soleil. Ce sont les objets « normaux » les plus denses connus dans l’univers, par rapport aux trous noirs qui sont certes plus denses, mais plus inhabituels à l’échelle de l’univers, indique l’observatoire de Green Bank (d’ailleurs, la rencontre avec un trou noir devrait moins nous faire peur que celle avec une autre étoile).
Quelle limite entre la formation d’une étoile à neutrons et un trou noir ?
Malgré les observations régulières d’étoiles à neutrons, les astronomes connaissent encore mal leur fonctionnement. On ne sait pas, par exemple, quelle est exactement la limite entre la formation d’une étoile à neutrons et celle d’un trou noir. La mesure de J0740+6620 pourrait contribuer à résoudre ce mystère : ses 2,17 masses solaires pourraient être proches de la limite en deçà de laquelle une étoile à neutrons se forme (au-delà, ce serait un trou noir qui se formerait).
Cela semble en tout cas en conformité avec les détections d’ondes gravitationnelles qui ont été faites lors de collisions entre étoiles à neutrons, par le LIGO (Observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser). Une précédente étude, publiée en 2018, évaluait la masse maximale d’une étoile à neutrons à environ 2,16 masses solaires.
Grâce à la masse de J0740+6620, on pourrait mieux comprendre ces fusions d’étoiles à neutrons détectées par le LIGO. Puisque l’on commence à identifier diverses étoiles à neutrons dont la masse est d’environ 2 masses solaires, il n’est pas exclu que les fusions entre des étoiles à neutrons de masses différentes soient plus nombreuses que prévu.
Comment sa masse a-t-elle été mesurée ?
L’étoile à neutrons J0740+6620 est un pulsar, c’est-à-dire qu’elle émet un rayonnement électromagnétique à intervalles réguliers. Cette étoile est dans un système binaire : elle a un compagnon, une naine blanche. Lorsque J0740+6620 passe derrière cet astre, les signaux qu’elle émet arrivent avec un peu plus de retard. C’est avec ce délai que les scientifiques ont mesuré la masse de la naine blanche, qui a elle-même permis de déterminer la masse de J0740+6620. Les observations ont été réalisées avec le Green Bank Telescope (GBT), un immense radiotélescope installé en Virginie-Occidentale (États-Unis).
Les scientifiques espèrent encore pouvoir mesurer plus précisément la masse de cette étoile à neutrons. Ils espèrent que l’Expérience canadienne de cartographie de l’intensité de l’hydrogène (CHIME), un autre radiotélescope en construction au Canada, pourrait estimer la masse de J0740+6620 avec une précision de 2 à 3 %.
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