gov-civil-vilareal.ptLa plus haute montagne sur une étoile à neutrons peut mesurer une fraction de millimètre
>La plus haute montagne sur Terre - mesurée de sa base à son sommet - est le volcan Mauna Kea à 10 200 mètres (6,3 miles) de haut.
Sur une étoile à neutrons, la plus haute montagne serait un millimètre haute. Peut-être jusqu'à un centimètre.
C'est selon de nouvelles recherches fini de regarder comment fonctionnent ces objets minuscules mais ridiculement puissants. Il peut sembler un peu ésotérique de se demander quelle peut être la hauteur d'une montagne sur le reste ultra-compact du noyau d'une étoile massive, mais cela s'avère avoir des implications assez importantes pour l'astronomie.
Étoiles à neutrons se forment lorsque des étoiles d'environ 8 à 20 fois la masse du Soleil finissent leur vie. Les couches externes de l'étoile explosent vers l'extérieur comme une supernova, mais le noyau s'effondre vers le bas. Le noyau commence sur des centaines de milliers de kilomètres de diamètre mais se contracte dans une sphère de moins de 30 kilomètres de large. Tous les protons et électrons des éléments atomiques du noyau (plus les antineutrinos, si vous comptez le score) se combinent pour former des neutrons, créant une étoile à neutrons.
Ils sont incroyablement, presque déraisonnablement denses, avec jusqu'à cent millions de tonnes emballées dans chaque centimètre cube de matériau (appelé neutronium ). Cela rend leur surface gravitationnelle écrasante, environ un milliard de fois celle de la Terre.
À milliard . Sur une étoile à neutrons, je pèserais autant qu'une petite montagne.
Une étoile à neutrons est incroyablement petite et dense, emballant la masse du Soleil dans une boule de quelques kilomètres de diamètre. Cette œuvre d'art en représente un comparé à Manhattan. Crédit: Centre de vol spatial Goddard de la NASA
Mais je serais loin d'être aussi grand. La gravité est si forte que tout ce qui essaie de s'empiler serait écrasé à plat. C'est aussi vrai sur Terre : les montagnes ne peuvent monter que si haut avant que leur propre poids ne les fasse s'affaisser ; le truc au-dessus appuie sur le truc en dessous, qui s'écoule ensuite. C'est pourquoi les hautes montagnes sont faites de roche dure. Essayez d'en faire un avec de la boue et il ne deviendra pas très grand avant de s'effondrer.
Ce problème est des milliards de fois pire sur une étoile à neutrons. Un autre problème est qu'une montagne a besoin d'être soutenue par la croûte sous-jacente. La croûte terrestre ne peut supporter qu'un certain poids avant que la pression ne la déforme, limitant ainsi la taille des montagnes.
Une étoile à neutrons a également une croûte de matière, et elle est beaucoup plus solide que celle de la Terre. Mais avec cent milliards de fois la force descendante, même une croûte d'étoiles à neutrons ne peut pas en supporter autant.
Combien?
Oeuvre représentant le champ magnétique entourant une étoile à neutrons. Crédit: Casey Reed / Université Penn State
Ce problème a été abordé par les scientifiques depuis une vingtaine d'années maintenant, mais il est difficile. D'une part, la gravité est si forte que l'utilisation des formules mathématiques simples d'Isaac Newton ne fonctionne pas. Vous devez utiliser la relativité générale d'Einstein, qui est beaucoup plus complexe mais résout les équations plus facilement.
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Il faut aussi connaître la résistance d'une croûte d'étoiles à neutrons, et c'est un problème de mécanique quantique, ce qui est... difficile. Cependant, des approximations peuvent être faites pour faciliter la compréhension. La réponse habituelle que vous trouverez est qu'une montagne sur une étoile à neutrons peut atteindre environ 10 centimètres de haut avant de se fissurer à travers la croûte.
Cependant, les mathématiques utilisées pour calculer cela font une hypothèse amusante : que la montagne exerce une pression sur toute la croûte, et pas seulement sur l'endroit où elle se trouve. Cette hypothèse rend les calculs beaucoup plus faciles, mais il semble clair que vous aurez un gros problème à créer localement une montagne sur une étoile à neutrons bien avant que toute la croûte ne se brise.
Le nouveau travail examine cela. Ils constatent que la taille critique d'une montagne dépend de nombreux autres facteurs, y compris de la façon dont elle est fabriquée (peut-être que du matériau est retiré d'une étoile compagnon, ou que le champ magnétique terriblement puissant aide à soulever la matière de la surface). Lorsqu'ils font leurs calculs, ils découvrent que la montagne la plus haute peut atteindre un centimètre de haut mais peut descendre à moins d'un millimètre, selon les conditions locales spécifiques.
Une étoile à neutrons en rotation avec un puissant champ magnétique fouette des particules subatomiques autour d'elle. Crédit d'art : NASA / Swift / Aurore Simonnet, Sonoma State University
Une montagne de moins d'un millimètre de haut ! C'est un dix millionième de la taille du Mauna Kea. Pourtant, à l'échelle, il serait encore des milliards de fois plus difficile à gravir en raison de la gravité féroce. Je suis épuisé de grimper quelques milliers de mètres ici sur Terre, alors je suppose que je vais suspendre mes projets de randonnée dans les étoiles à neutrons.
Une autre façon de voir les choses : la hauteur du Mauna Kea correspond à 0,08 % du diamètre de la Terre. La hauteur d'une montagne de 1 mm sur une étoile à neutrons est de 0,000003% de son diamètre. Tout petit. Les étoiles à neutrons sont lisse .
Tout cela s'avère avoir des implications intéressantes. Les étoiles à neutrons ont tendance à tourner rapidement, prenant de quelques secondes à parfois seulement quelques millisecondes pour tourner une fois. Au fil du temps, ce taux ralentit à mesure que l'étoile à neutrons perd de l'énergie de rotation à cause de divers facteurs. Par exemple, son puissant champ magnétique peut balayer des particules subatomiques chargées dans l'espace qui l'entoure. Cela agit comme un parachute, créant une traînée qui ralentit la rotation.
Mais ils peuvent aussi émettre des ondes gravitationnelles, secouant littéralement le tissu de l'espace-temps . Un objet en rotation parfaitement symétrique comme une sphère ou même une sphère aplatie n'émettra pas ces ondes, mais tout écart par rapport à cela sera les créer. Comme, disons, une bosse du côté d'une étoile à neutrons. Qui jette la symétrie, créant les ondes gravitationnelles . Ces ondes tirent leur énergie de la rotation de l'étoile, de sorte qu'au fur et à mesure qu'elles sont générées, la rotation de l'étoile ralentit.
Nous n'avons jamais détecté ces ondes provenant d'une étoile à neutrons en rotation, mais les scientifiques espèrent les voir un jour. La taille de la montagne déterminera la quantité d'énergie des ondes, donc si jamais nous voulons les détecter, nous devons comprendre comment se comportent les montagnes sur les étoiles à neutrons.
De plus, ces calculs sont intéressants en eux-mêmes. Les étoiles à neutrons sont fascinantes et terrifiantes et sont à l'origine de nombreux phénomènes encore plus terrifiants comme les magnétars (oui, lisez ceci sur les magnétars si vous l'osez). Donc, plus nous les comprenons, mieux c'est.
Et c'est juste cool. Une montagne plus petite qu'un grain de sable, mais qui pèse des milliards et des milliards de fois plus ! L'Univers est un endroit tellement étrange, et plus nous en apprenons à son sujet, plus il devient étrange et impressionnant.
