Lorsqu'une étoile à neutrons émet un sursaut de rayons X, son atmosphère s'échauffe à des millions de degrés. La lumière que nous captons avec nos télescopes traverse cette couche de gaz dense — et en chemin, elle est fortement modifiée. Le spectre n'est plus celui d'un four idéal : certaines couleurs s'intensifient, d'autres s'éteignent.
Les scientifiques de Los Alamos ont construit un modèle informatique qui reproduit pas à pas ce trajet. Ils ont pris l'atmosphère de l'étoile, l'ont divisée en fines couches et ont calculé pour chacune comment les photons (particules de lumière) se frayent un chemin à travers le gaz. Il s'est avéré que le principal « coupable » des distorsions est la diffusion Compton : les électrons prélèvent une partie de l'énergie des photons et la cèdent à d'autres photons. Cela « étale » le spectre.
La vérification a été couronnée de succès : les calculs concordent avec les travaux antérieurs et avec les attentes théoriques. Désormais, le modèle peut être utilisé pour déterminer, à partir du spectre observé d'un sursaut, ce qui se passe à la surface de l'étoile à neutrons — sa température, sa densité et sa composition.
Ainsi, la lumière née dans les profondeurs d'une étoile incandescente raconte son histoire après avoir traversé l'épaisseur du gaz. Et plus nous savons lire cette histoire avec précision, plus nous voyons clairement comment sont faits les endroits les plus extrêmes de l'Univers.
L'atmosphère d'une étoile à neutrons est plus mince qu'un mètre, mais sa densité dépasse celle de la croûte terrestre de plusieurs milliards de fois.
Dans le roman « La Lumière des étoiles lointaines », des astronomes déduisent du spectre d'un sursaut sur une étoile à neutrons qu'une fusion nucléaire se produit à sa surface — comme dans ce modèle.