gov-civil-vilareal.ptQuelle est la taille d'une étoile à neutrons ?
>Les étoiles à neutrons sont les restes de étoiles massives après qu'elles deviennent supernova ; tandis que les couches externes de l'étoile explosent vers l'extérieur, créant des feux d'artifice littéralement à l'échelle cosmique, le noyau de l'étoile s'effondre, devenant incroyablement comprimé. Si le noyau a assez de masse, il deviendra un trou noir , mais si elle dépasse cette limite, elle deviendra une boule ultra-dense composée principalement de neutrons.
Les statistiques des étoiles à neutrons donnent à réfléchir . Ils ont une masse jusqu'à plus de deux fois celle du Soleil, mais la densité d'un noyau atomique : Plus de 100 mille milliards grammes par centimètre cube. C'est difficile à saisir, mais pensez-y de cette façon : si vous compressiez chaque voiture aux États-Unis en une étoile à neutrons, vous obtiendriez un cube 1 centimètre de côté . La taille d'un morceau de sucre ou d'un dé à six faces. Toute l'humanité comprimée dans un tel état ferait moins du double de cette largeur.
Les étoiles à neutrons ont une gravité de surface des centaines de milliards de fois celle de la Terre, et des champs magnétiques encore plus forts. Une étoile à neutrons située à la moitié de la galaxie de nous avait un événement sismique qui nous a physiquement affecté ici sur Terre, à 50 000 années-lumière de distance.
Tout sur les étoiles à neutrons est terrifiant. Mais pour tout ça, nous ne savons toujours pas exactement quelle est leur taille .
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
Je veux dire, nous avons une idée approximative, mais le nombre exact est difficile à déterminer. Ils sont trop petits pour être vus directement, nous devons donc déduire leur taille à partir d'autres observations, et celles-ci sont en proie à des incertitudes. Leur taille dépend aussi de leur masse. Mais en utilisant des observations de rayons X et d'autres émissions d'étoiles à neutrons, les astronomes ont découvert qu'elles avaient un diamètre de 20 à 30 kilomètres. C'est minuscule, pour une masse si énorme ! Mais c'est aussi une gamme irritante. Pouvons-nous faire mieux ?
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Oui! Un groupe de scientifiques a abordé le problème d'une manière différente, et ont pu réduire la taille de ces bêtes féroces mais petites : Ils ont découvert que, pour une étoile à neutrons avec une masse de 1,4 fois le Soleil (environ la moyenne pour de telles choses), elle aura un diamètre de 22,0 kilomètres (avec une incertitude de +0,9/-0,6 km). Ils trouvent que leur calcul est un facteur de deux plus précis que tout autre fait auparavant.
C'est… petit. Comme, vraiment petit. Je considérerais 22 km comme un court trajet à vélo, mais pour être juste, le faire sur une étoile à neutrons serait difficile.
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
Alors comment ont-ils obtenu ce numéro ? La physique qu'ils ont employée est en fait diaboliquement compliquée, mais ce qu'ils ont fait en fait, c'est de résoudre l'équation d'état d'une étoile à neutrons - les équations physiques qui relient les caractéristiques d'un objet comme la pression, le volume et la température - pour obtenir quelles seraient les conditions pour une étoile à neutrons modèle dont la masse est fixée à 1,4 fois celle du Soleil.
Ils ont ensuite utilisé ces résultats et les ont comparés aux observations d'un événement de 2017 : une fusion de deux étoiles à neutrons qui a entraîné une explosion colossale appelée kilonova . Cet événement, appelé GW170817, a été un tournant décisif pour l'astronomie, car les étoiles à neutrons en collision ont émis de puissantes ondes gravitationnelles, secouant littéralement le tissu de l'Univers. C'était notre première alerte à l'événement, mais ensuite une grande partie des télescopes sur et au-dessus de la Terre ont visé la partie du ciel où la fusion a été trouvée, et ont vu l'explosion elle-même, la kilonova. C'était la première fois qu'un événement émettait de l'énergie électromagnétique (c'est-à-dire léger ) qui a été observée pour la première fois dans les ondes gravitationnelles.
Oeuvre représentant le moment de la collision entre deux étoiles à neutrons. L'explosion qui en résulte est… assez importante. Crédit: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
Cela a également mis beaucoup de contraintes sur les étoiles à neutrons qui sont entrées en collision. Par exemple, après leur fusion, ils ont émis de la lumière d'une manière spécifique, et il s'est avéré que cela était incompatible avec le fait que le reste fusionné avait suffisamment de masse pour s'effondrer directement dans un trou noir. Cela se produit environ 2,4 fois la masse du Soleil, nous savons donc que les deux étoiles avaient ensemble moins de masse que cela. Inversement, la lumière était incompatible avec le reste étant une étoile à neutrons bien au dessous de cette limite aussi. Il semble qu'une étoile à neutrons 'hypermassive' s'est formée près de cette limite, a duré très peu de temps, et ensuite s'est effondré dans un trou noir.
Toutes ces données ont été du fourrage pour les scientifiques qui calculaient la taille des étoiles à neutrons. En comparant leurs modèles avec les données de GW170817, ils ont pu réduire considérablement la gamme de tailles qui avait du sens, en se concentrant sur le diamètre de 22 km.
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Cette taille a des implications intéressantes. Par exemple, une chose que les scientifiques des ondes gravitationnelles espèrent voir est la fusion d'un trou noir et d'une étoile à neutrons. Ce sera certainement détectable, mais la question est de savoir s'il émettra de la lumière que les télescopes plus traditionnels peuvent voir ? Cela se produit lorsque le matériau de l'étoile à neutrons est éjecté lors de la fusion, générant beaucoup de lumière.
Les scientifiques de ce nouveau travail ont analysé les chiffres et ont découvert que pour une étoile à neutrons de 1,4 masse solaire et de 22 km de diamètre, tout trou noir plus gros qu'environ 3,4 fois la masse du Soleil ne pas éjectez n'importe quel matériau ! C'est une masse très faible pour un trou noir, et il est très peu probable que nous voyions une masse aussi faible, en particulier un avec une étoile à neutrons qu'il peut manger. Ils prédisent donc que cet événement ne sera visible que dans les ondes gravitationnelles et non dans la lumière. D'un autre côté, c'est seulement pour non tournant les trous noirs, et en réalité la plupart auront une rotation rapide ; on ne sait pas ce qui se passerait là-bas, mais j'imagine que beaucoup de gens exécuteront à nouveau leurs modèles pour voir ce qu'ils peuvent prédire.
Avoir la taille d'une étoile à neutrons signifie être capable de mieux comprendre ce qui se passe lorsqu'elles tournent, car leurs champs magnétiques ridiculement puissants affectent le matériau qui les entoure, comment ils accumulent de nouveaux matériaux et ce qui se passe près de la limite de masse entre une étoile à neutrons et une étoile noire. trou. Mieux encore, comme le Observatoire des ondes gravitationnelles LIGO / Virgo les gens affinent leur équipement, ils s'attendent à ce que leur sensibilité augmente, permettant de meilleures observations des fusions d'étoiles à neutrons, qui peuvent ensuite être utilisées pour resserrer encore plus les contraintes de taille.
J'ai été fasciné par les étoiles à neutrons toute ma vie, et pour être honnête, c'est la bonne attitude. Ce sont des restes de supernovae; ils se heurtent et font de l'or, du platine, du baryum et du strontium ; ils sont le moteur des pulsars ; ils peuvent générer des explosions d'énergie écrasantes ; et sont les objets les plus denses que vous puissiez encore considérer comme étant dans l'Univers (l'objet physique à l'intérieur de l'horizon des événements d'un trou noir est à jamais hors de notre portée). Je veux dire, c'mon . Ils sont étonnante .
Et cela à propos des tailles.
