11 kilomètres, c’est à peu près le rayon d’une ville de taille moyenne. Mais c’est aussi, à en croire des chercheurs allemands, celui d’une étoile à neutrons standard. Une conclusion qu’ils tirent de modèles théoriques et d’observations d’une collision entre deux d’entre elles.

1,4 fois la masse de notre Soleil dans une boule de seulement 11 kilomètres de rayon, l’équivalent d’une ville moyenne. C’est presque inimaginable. Pourtant des chercheurs du Max Planck Institute for Gravitational Physics (Allemagne) l’affirment aujourd’hui : le rayon d’une étoile à neutrons standard est compris entre 10,4 et 11,9 kilomètres ! Une information capitale pour ceux qui cherchent à comprendre comment la matière se comporte à des densités extrêmes.

Ce résultat, d’une précision remarquable — deux fois supérieure à celle des précédentes mesures et c’est ça, la réelle nouveauté ici –, les scientifiques l’ont obtenu en étudiant la fusion de deux étoiles à neutrons qui a été observée en août 2017. L’événement s’est produit dans la galaxie NGC 4993. C’est un signal d’ondes gravitationnelles nommé GW170817 et détecté par les collaborations Ligo et Virgo qui l’a trahi. « Les collisions d’étoiles à neutrons sont des mines d’informations », commente Collin Capano, auteur principal de l’étude, dans un communiqué du Max Planck Institute.

« C’est un peu ahurissant ! Cette collision entre deux objets de la taille d’une ville s’est produite il y a 120 millions d’années. À cette époque, les dinosaures régnaient encore sur notre Terre. Cela s’est produit dans une galaxie à un milliard de milliards de kilomètres. Et cela nous donne un aperçu de ce qu’est la physique subatomique des conditions extrêmes. »

Les collisions d’étoiles à neutrons, des mines d’informations

À partir des modèles qui décrivent le mieux les observations faites sur GW170817, dans le champ des ondes gravitationnelles, mais aussi du spectre électromagnétique, les chercheurs ont abouti à la mesure la plus précise à ce jour du rayon d’une étoile à neutrons standard. Une mesure qui devra encore se confronter à l’étude d’autres événements du même type avant de pouvoir être réellement validée.

Ce que les travaux des chercheurs permettront en revanche assurément à l’avenir, c’est de distinguer, à partir des seules ondes gravitationnelles enregistrées par des instruments de type Ligo ou Virgo, les événements de fusion d’étoiles à neutrons des événements de fusion de trous noirs.

Concernant les événements mixtes, ceux qui impliquent un trou noir et une étoile à neutrons, les chercheurs du Max Planck Institute avancent que, dans la plupart des cas, l’étoile à neutrons se verra complètement engloutie par le trou noir. Ce n’est que dans le cas de trous noirs très petits ou en rotation rapide que l’étoile à neutrons pourrait se voir d’abord disloquée. Et ce n’est que dans ce cas précis qu’il serait possible aux astronomes d’observer, en provenance de ce type d’événement, autre chose que des ondes gravitationnelles.

Sources

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