Les modèles de surface pour différents modes de torsion. Cliquez pour agrandir
Une explosion massive à la surface d'une étoile à neutrons a donné aux astronomes l'occasion de regarder à l'intérieur de sa surface, de la même manière que les géologues comprennent la structure de la Terre sous nos pieds. L'explosion a secoué l'étoile à neutrons et l'a fait sonner comme une cloche. Les vibrations ont ensuite traversé des couches de densité différente - de la neige fondante ou solide - modifiant les rayons X en streaming. Les astronomes ont calculé qu'il avait une croûte plus épaisse d'environ 1,6 km (1 mile) de profondeur, correspondant aux estimations théoriques.
Une équipe américano-allemande de scientifiques du Max Planck Institute for Astrophysics et de la NASA a utilisé le Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA pour estimer la profondeur de la croûte sur une étoile à neutrons, l'objet le plus dense connu dans l'univers. La croûte, disent-ils, a une profondeur d'environ 1,6 kilomètre et est si serrée qu'une cuillère à café de ce matériau pèserait environ 10 millions de tonnes sur Terre.
Cette mesure, la première du genre, est venue grâce à une explosion massive sur une étoile à neutrons en décembre 2004. Les vibrations de l'explosion ont révélé des détails sur la composition de l'étoile. La technique est analogue à la sismologie, l'étude des ondes sismiques des tremblements de terre et des explosions, qui révèlent la structure de la croûte terrestre et de l'intérieur.
Cette nouvelle technique de sismologie offre un moyen de sonder l'intérieur d'une étoile à neutrons, un lieu de grand mystère et de spéculation. La pression et la densité sont si intenses ici que le noyau pourrait contenir des particules exotiques qui n'auraient existé qu'au moment du Big Bang.
Le Dr Anna Watts, du Max Planck Institute for Astrophysics in Garching, a effectué cette recherche en collaboration avec le Dr Tod Strohmayer du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.
"Nous pensons que cette explosion, la plus grande de son genre jamais observée, a vraiment secoué l'étoile et l'a littéralement fait sonner comme une cloche", a déclaré Strohmayer. «Les vibrations créées dans l'explosion, bien que faibles, fournissent des indices très précis sur la composition de ces objets bizarres. Tout comme une cloche, l'anneau d'une étoile à neutrons dépend de la façon dont les ondes traversent des couches de densité différente, soit de la neige fondante soit du solide. "
Une étoile à neutrons est le noyau d'une étoile une fois plusieurs fois plus massive que le soleil. Une étoile à neutrons contient environ 1,4 masse solaire de matière entassée dans une sphère de seulement 20 kilomètres de diamètre. Les deux scientifiques ont examiné une étoile à neutrons nommée SGR 1806-20, située à environ 40 000 années-lumière de la Terre dans la constellation du Sagittaire. L'objet se trouve dans une sous-classe d'étoiles à neutrons hautement magnétiques appelées magnétars.
Le 27 décembre 2004, la surface du SGR 1806-20 a connu une explosion sans précédent, l'événement le plus brillant jamais vu au-delà de notre système solaire. L’explosion, appelée hyperflare, a été provoquée par un changement soudain du puissant champ magnétique de l’étoile qui a fissuré la croûte, provoquant probablement un tremblement de terre massif. L'événement a été détecté par de nombreux observatoires spatiaux, dont le Rossi Explorer, qui a observé la lumière des rayons X émise.
Strohmayer et Watts pensent que les oscillations sont la preuve de vibrations de torsion globales dans la croûte de l’étoile. Ces vibrations sont analogues aux ondes S observées lors des tremblements de terre terrestres, comme une vague se déplaçant à travers une corde. Leur étude, s'appuyant sur des observations de vibrations provenant de cette source par le Dr GianLuca Israel de l'Institut national italien d'astrophysique, a trouvé plusieurs nouvelles fréquences pendant l'hyperflare.
Watts et Strohmayer ont par la suite confirmé leurs mesures à l'aide de l'imageur spectroscopique solaire à haute énergie Ramaty de la NASA, un observatoire solaire qui a également enregistré l'hyperflare, et a trouvé la première preuve d'une oscillation à haute fréquence à 625 Hz, indiquant des vagues traversant la croûte verticalement.
L'abondance de fréquences - semblable à un accord, par opposition à une seule note - a permis aux scientifiques d'estimer la profondeur de la croûte des étoiles à neutrons. Ceci est basé sur une comparaison des fréquences des ondes se déplaçant autour de la croûte de l’étoile et de celles qui se déplacent radialement à travers elle. Le diamètre d'une étoile à neutrons est incertain, mais d'après une estimation d'environ 20 kilomètres de diamètre, la croûte aurait une profondeur d'environ 1,6 kilomètre. Ce chiffre, basé sur les fréquences observées, est conforme aux estimations théoriques.
La sismologie des tremblements des étoiles est très prometteuse pour déterminer de nombreuses propriétés des étoiles à neutrons. Strohmayer et Watts ont analysé les données archivées de Rossi provenant d'un hyperflare magnétar de gradateur 1998 (de SGR 1900 + 14) et ont trouvé des oscillations révélatrices ici aussi, bien que pas assez fortes pour déterminer l'épaisseur de la croûte.
Une explosion plus importante d'étoiles à neutrons détectée dans les rayons X pourrait révéler des secrets plus profonds, tels que la nature de la matière au cœur de l'étoile. Une possibilité intéressante est que le noyau puisse contenir des quarks gratuits. Les quarks sont les éléments constitutifs des protons et des neutrons et, dans des conditions normales, ils sont toujours étroitement liés. Trouver des preuves de quarks gratuits aiderait à comprendre la vraie nature de la matière et de l'énergie. Les laboratoires sur Terre, y compris les accélérateurs de particules massifs, ne peuvent pas générer les énergies nécessaires pour révéler des quarks libres.
"Les étoiles à neutrons sont d'excellents laboratoires pour l'étude de la physique extrême", a déclaré Watts. "Nous serions ravis de pouvoir en ouvrir une, mais comme cela ne se produira probablement pas, l'observation des effets d'une hyperflare magnétar sur une étoile à neutrons est peut-être la meilleure chose à venir."
Source d'origine: Max Planck Society
