This Record-Breaking 'Black Widow' Pulsar Is The Most Massive Neutron Star Yet

This Record-Breaking ‘Black Widow’ Pulsar Is The Most Massive Neutron Star Yet

L’une des étoiles les plus extrêmes de la Voie lactée est devenue encore plus folle.

Les scientifiques ont mesuré la masse d’une étoile à neutrons appelée PSR J0952-0607 et ont découvert qu’il s’agissait de l’étoile à neutrons la plus massive découverte à ce jour, atteignant 2,35 fois la masse du Soleil.

Si cela est vrai, cela est très proche de la limite de masse supérieure théorique d’environ 2,3 masses solaires pour les étoiles à neutrons, ce qui en fait un excellent laboratoire pour étudier ces étoiles ultra-denses dans ce que nous pensons être au bord de l’effondrement dans l’espoir de mieux comprendre l’étrange état quantique de la matière dont ils sont faits.

“Nous savons à peu près comment la matière se comporte aux densités nucléaires, comme dans le noyau d’un atome d’uranium”, a déclaré l’astrophysicien Alex Filippenko de l’Université de Californie à Berkeley.

“Une étoile à neutrons est comme un noyau géant, mais lorsque vous avez une masse solaire et demie de ces choses, soit environ 500 000 masses terrestres de noyaux attachés les uns aux autres, on ne sait pas exactement comment ils se comporteront.”

Les étoiles à neutrons sont les noyaux effondrés d’étoiles massives qui avaient entre 8 et 30 fois la masse du Soleil, avant de devenir supernova et d’expulser la majeure partie de leur masse dans l’espace.

Ces noyaux, qui ont tendance à représenter environ 1,5 fois la masse du Soleil, sont parmi les objets les plus denses de l’Univers ; la seule chose plus dense est un trou noir.

Sa masse est emballée dans une sphère de seulement 20 kilomètres (12 miles) de large ; à cette densité, les protons et les électrons peuvent se combiner en neutrons. La seule chose qui empêche cette boule de neutrons de s’effondrer dans un trou noir est la force dont ils auraient besoin pour occuper les mêmes états quantiques, ce que l’on appelle la pression de dégénérescence.

D’une certaine manière, cela signifie que les étoiles à neutrons se comportent comme des noyaux atomiques massifs. Mais ce qui se passe à ce point de basculement, où les neutrons forment des structures exotiques ou se mélangent en une soupe de particules plus petites, est difficile à dire.

PSR J0952-0607 était déjà l’une des étoiles à neutrons les plus intéressantes de la Voie lactée. C’est ce qu’on appelle un pulsar, une étoile à neutrons qui tourne très vite, avec des jets de rayonnement émis depuis les pôles. Lorsque l’étoile tourne, ces pôles passent devant l’observateur (nous) comme un phare cosmique, de sorte que l’étoile semble pulser.

Ces étoiles peuvent être incroyablement rapides, leur vitesse de rotation à l’échelle de la milliseconde. Le PSR J0952-0607 est le deuxième pulsar le plus rapide de la Voie lactée, tournant à une vitesse époustouflante de 707 fois par seconde. (Le plus rapide n’est que légèrement plus rapide, avec une vitesse de rotation de 716 fois par seconde.)

C’est aussi ce qu’on appelle un pulsar “veuve noire”. L’étoile est sur une orbite proche avec un compagnon binaire, si proche que son immense champ gravitationnel attire la matière de l’étoile compagnon. Ce matériau forme un disque d’accrétion en rotation qui alimente l’étoile à neutrons, un peu comme de l’eau tourbillonnant autour d’un drain. Le moment angulaire du disque d’accrétion est transféré à l’étoile, ce qui la fait tourner plus vite.

Une équipe dirigée par l’astrophysicien Roger Romani de l’Université de Stanford a voulu mieux comprendre comment le PSR J0952-0607 s’inscrit dans la chronologie de ce processus. L’étoile compagne binaire est petite, moins de 10 % de la masse du Soleil. L’équipe de recherche a fait des études approfondies du système et de son orbite et a utilisé ces informations pour obtenir une nouvelle mesure précise du pulsar.

Ses calculs ont donné un résultat de 2,35 fois la masse du Soleil, plus ou moins 0,17 masse solaire. En supposant qu’une étoile à neutrons standard commence avec une masse d’environ 1,4 fois la masse du Soleil, cela signifie que le PSR J0952-0607 a absorbé la matière d’un Soleil entier de son compagnon binaire. Selon l’équipe, il s’agit d’informations vraiment importantes sur les étoiles à neutrons.

“Cela fournit certaines des contraintes les plus fortes sur la propriété de la matière à plusieurs fois la densité observée dans les noyaux atomiques. En fait, ce résultat exclut de nombreux modèles physiques populaires de matière dense”, a expliqué Romani.

“Une masse maximale élevée pour les étoiles à neutrons suggère qu’il s’agit d’un mélange de noyaux et de leurs quarks dissous de haut en bas jusqu’au noyau. Cela exclut de nombreux états proposés de la matière, en particulier ceux avec une composition intérieure exotique.”

Le binaire montre également un mécanisme par lequel des pulsars isolés, sans compagnons binaires, peuvent avoir des vitesses de rotation de quelques millisecondes. Le compagnon de J0952-0607 est presque parti ; une fois qu’il est complètement dévoré, le pulsar (s’il ne bascule pas au-dessus de la limite de masse supérieure et ne s’effondre pas davantage dans un trou noir) conservera sa vitesse de rotation incroyablement rapide pendant un certain temps.

Et il sera seul, comme tous les autres pulsars millisecondes isolés.

“Alors que l’étoile compagnon évolue et commence à devenir une géante rouge, de la matière se déverse sur l’étoile à neutrons et cela la fait tourner. Au fur et à mesure qu’elle tourne, elle devient maintenant incroyablement énergisée et un vent de particules commence à sortir de l’étoile.” Ce vent frappe alors l’étoile donneuse et commence à perdre de la matière, et avec le temps, la masse de l’étoile donneuse diminue jusqu’à celle d’une planète, et si plus de temps passe, elle disparaît complètement”, a déclaré Filippenko.

“C’est ainsi que des pulsars solitaires millisecondes ont pu se former. Ils n’étaient pas seuls au départ, ils devaient être dans une paire binaire, mais progressivement ils ont vaporisé leurs compagnons, et maintenant ils sont seuls.”

La recherche a été publiée dans lettres de journal astrophysique.

Leave a Comment

Your email address will not be published.