Le mystère du pulsar : comment les points chauds ont révélé la taille de l'étoile express
Une étoile à neutrons est une sphère de la taille d'une ville, mais avec une masse comparable à celle du Soleil. Une cuillère à café de sa matière pèserait autant qu'une montagne. L'étoile PSR J0030+0451 tourne sur elle-même des centaines de fois par seconde et émet d'étroits faisceaux de rayons X. Lorsqu'un faisceau balaie la Terre, nous observons un bref éclat, comme la lumière d'un phare.
Les astronomes ont suivi ce « phare » de 2017 à 2023 à l'aide du télescope spatial NICER. Ils ont collecté 50% de photons X de plus que lors des travaux précédents, et y ont ajouté d'anciennes données du télescope XMM-Newton. La question centrale : où se trouvent exactement les points chauds à la surface de l'étoile, ceux qui émettent les rayons X ? Auparavant, différents modèles de points chauds donnaient des réponses différentes, et les résultats ne concordaient pas avec d'autres mesures.
Désormais, la situation s'est éclaircie. Les nouvelles données indiquent que les points chauds ne sont probablement pas uniformément chauds : à l'intérieur d'un point, la température varie du centre vers le bord. La prise en compte de ce « gradient » a levé les contradictions entre les différents modèles. Au final, la masse de l'étoile est de 1.43 masse solaire (avec une incertitude allant de 1.26 à 1.63), et son rayon de 12.68 kilomètres (de 11.64 à 13.99). Cela concorde parfaitement avec les données sur d'autres étoiles à neutrons et avec la fusion détectée par les détecteurs d'ondes gravitationnelles.
En résumé : une même étoile, mesurée par différentes méthodes, raconte désormais la même histoire. Nous comprenons donc mieux comment la matière se comprime jusqu'à des densités inimaginables.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.23743
Pulse-profile modeling of rotation-powered millisecond pulsars targeted by NICER has enabled mass--radius constraints of several neutron star sources, with implications for the dense-matter equation of state. For the bright isolated pulsar PSR J0030+0451, the inferred mass--radius was previously found to depend strongly on the assumed hot spot model. These hot-spot models yielded different mass--radius constraints, with the statistically preferred model exhibiting some mild tension with results inferred for PSR J0437$$-$$4715, PSR~J0614$$-$$3329, and GW170817. We present an updated pulse-profile analysis of PSR J0030+0451 using new NICER observations obtained between 2017 July to 2023 January, increasing the number of X-ray counts by about 50% compared to previous analyses. We jointly analyze the NICER data with archival XMM-Newton observations to better constrain the source spectrum and background. The new analysis significantly reduces the discrepancy between the hot spot models. The inferred mass and radius are $$M = 1.43^{+0.20}_{-0.17}\,M_\odot$$ and $$R_{\rm eq} = 12.68^{+1.31}_{-1.04}$$ km (68% credible intervals), reducing the tension with the results from other sources. In addition, the inferred hot spot configurations suggest the presence of intra-spot temperature gradients.
Si l'on posait une étoile à neutrons de la taille d'une ville sur Terre, elle traverserait la planète de part en part, tant sa densité est élevée.
Dans le roman « L'Œuf du Dragon » de Robert Forward, de minuscules créatures intelligentes vivent à la surface d'une étoile à neutrons, leur vie s'écoulant un million de fois plus vite que la nôtre.