Cuisine cosmique : comment les collisions d'étoiles à neutrons cuisent l'or express
En 2017, les détecteurs ont capté un frémissement de l'espace — les ondes gravitationnelles issues de la fusion de deux étoiles à neutrons. Les télescopes ont aussitôt repéré un éclair de lumière : une explosion cosmique que les astronomes ont baptisée kilonova. Dans ce chaudron ardent, comme on l'a découvert, naissent les éléments les plus lourds du tableau périodique — l'or, le platine, l'uranium. Mais pour comprendre comment cela se produit exactement, il faut plonger au cœur de la matière elle-même.
Une étoile à neutrons est une sphère de la taille d'une ville, mais avec une masse équivalente à une fois et demie celle du Soleil. La matière y est comprimée si densément que les noyaux atomiques sont littéralement pressés les uns contre les autres. Lorsque deux de ces étoiles se rapprochent en spirale, leur matière commence à s'écouler et à se déformer, comme de la pâte à modeler sous une pression énorme. Sur les derniers tours, les forces de marée étirent chaque étoile, et la forme réagit à l'attraction — on appelle cela la déformabilité de marée. Elle dépend de la rigidité ou de la mollesse de la matière à l'intérieur de l'étoile, c'est-à-dire de l'équation d'état — la loi fondamentale qui décrit la matière hyperdense.
Après la fusion, il reste un amas en rotation rapide — un résidu qui peut survivre de quelques millisecondes à quelques secondes. À l'intérieur, des tourbillons font rage, des frictions et des flux de neutrinos — des particules fantômes qui emportent de l'énergie. C'est à ces instants que se déclenche le processus r — une capture rapide de neutrons par les noyaux atomiques. Les neutrons s'abattent sur le noyau plus vite qu'il ne peut se désintégrer, et ainsi, pas à pas, se construisent les éléments les plus lourds. La lumière de la kilonova que nous voyons est la lueur des débris radioactifs éjectés par l'explosion.
Aujourd'hui, les physiciens assemblent une mosaïque à partir de nombreux fragments : les données des détecteurs d'ondes gravitationnelles, les spectres des kilonovae, les expériences de laboratoire avec des noyaux et de puissants calculs informatiques. Tout converge vers un même objectif : comprendre comment est faite la matière là où même les atomes cessent d'être eux-mêmes. Et chaque nouvelle fusion d'étoiles à neutrons est une page de plus dans le livre de recettes de l'Univers.
Une cuillère à café de matière d'étoile à neutrons pèse environ un milliard de tonnes — à peu près comme toutes les voitures de la Terre réunies en une seule goutte.
Dans le roman « Fusion » de Greg Bear, des étoiles à neutrons entrent en collision, et une civilisation tente d'utiliser ce processus pour voyager à travers l'espace et le temps.