effondrement du cœur

Dans le nuage dense de gaz et de poussière où naissent les étoiles massives, deux jeunes étoiles se sont récemment frôlées de très près. Leur danse ne dure qu'une soixantaine d'années, et pour la première fois, les astronomes en ont observé les détails.

Après l'explosion d'une supernova, il reste au centre une boule dense de la taille d'une ville : une étoile à neutrons naissante. Elle est chaude, comprimée, et vibre comme une cloche après un coup.

L'explosion d'une étoile massive n'est pas qu'un simple éclat, c'est un choc pour le gaz environnant. Mais jusqu'à présent, personne n'avait observé comment le gaz lui-même se déplace dans ces zones d'explosion.

La surface calme d'un lac se couvre soudain de rides — quelque part en profondeur, un rocher sous-marin s'est effondré. L'eau tremble à peine, et les cercles s'étendent de plus en plus loin, jusqu'à atteindre le flotteur près de la rive.

À la fin de la vie d'une étoile massive, son cœur s'effondre en une fraction de seconde, donnant naissance à l'éclair d'une supernova. Ce cataclysme secoue l'espace-temps lui-même : il émet des ondes gravitationnelles, une ondulation qui traverse l'Univers.

L'explosion d'une supernova éjecte les couches externes de l'étoile mourante. Il ne reste que le noyau — une étoile à neutrons, compactée en une boule de la taille d'une ville. L'existence de telles étoiles a été prédite dès 1934 par Fritz Zwicky.

L'effondrement du cœur d'une étoile ressemble à la compression d'un ressort : la matière tombe vers l'intérieur, et une étoile à neutrons naît au centre. Mais la chute n'est jamais parfaitement régulière.

Une étoile à neutrons est un chaudron bouillonnant de la taille d'une ville, mais avec une masse d'un soleil et demi. Dans ses profondeurs, la matière est comprimée au point que les noyaux atomiques perdent leur sens.

Trois cordes invisibles vibrent dans le vide intergalactique. Ce n'est pas de la poésie, mais une hypothèse sur la nature de la matière noire : un champ quantique ultra-léger de spin 1, porteur de trois polarisations.

Au centre de nombreuses galaxies se cachent non seulement des trous noirs supermassifs, mais aussi d'immenses nuages de matière invisible. Si cette matière est composée de particules ultra-légères, elle peut se rassembler en amas denses — une sorte d'« étoiles » de matière noire.

Une vieille usine où, au lieu de machines-outils, il y a des noyaux atomiques, et où bouillonne un rayonnement neutrino. Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant, son cœur se compresse d'un facteur cent, et la température grimpe à des milliards de degrés.

Le télescope spatial James Webb a plongé au cœur du rémanent de supernova SNR 0540-69.3 — ce qui reste après la mort d'une étoile massive dans une galaxie voisine.

Un bébé brûlant et un adulte glacial : la même étoile à neutrons se présente différemment selon son âge. À peine née dans l'explosion d'une supernova, elle est portée à des dizaines de milliards de degrés. Mais avec le temps, elle se refroidit et se contracte, comme un métal qui se rétracte en refroidissant.

Les détecteurs LIGO et Virgo capturent les ondulations de l'espace-temps, mais certains signaux obligent à réécrire les scénarios de mort stellaire.

Une étoile à neutrons est une lentille gravitationnelle qui focalise nos tentatives d'apercevoir la matière noire. À travers sa matière ultra-dense, comme à travers un verre exotique, nous cherchons l'axion — une particule insaisissable capable d'expliquer la masse cachée de l'Univers.

En avril 2021, dans une galaxie située à 35 mégaparsecs, une supernova SN 2021foa a explosé. Elle a immédiatement intrigué les astronomes : son spectre passait frénétiquement des raies de l'hydrogène à celles de l'hélium — comme si l'étoile, à l'agonie, se débarrassait convulsivement de ses couches externes.

Quelque part dans le bulbe galactique, une étoile massive sommeille, prête à troquer sa combustion paisible contre un effondrement.

Un patineur sur glace ramène ses bras contre son corps et sa rotation s'accélère brusquement. Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant et que son noyau s'effondre, un phénomène analogue se produit, mais à l'échelle cosmique.

Une casserole de bouillie bouillante, où au lieu de grains se trouvent des couches d'oxygène et de silicium, et où le feu en dessous est sur le point de s'éteindre, l'étoile s'effondrant sur elle-même.

Quelques minutes avant qu'une étoile massive ne devienne une supernova, un drame caché se joue dans ses entrailles. Une chaudière géante bout : la matière bouillonne, tourne, et d'invisibles filaments magnétiques se déchirent et se ressoudent.

Une salle bondée où les danseurs glissent sans le moindre frottement, se traversent les uns les autres sans se toucher. C'est un fluide superfluide. Dans la croûte d'une étoile à neutrons, les neutrons pourraient se comporter ainsi, mais un réseau rigide d'ions les en empêche, comme si la piste de danse était soudain hérissée de piliers rapprochés.

Une ampoule qui ne grille pas, mais qui s'emballe et devient de plus en plus brillante jusqu'à faire voler en éclats tout le luminaire. C'est à peu près ainsi que meurent les étoiles les plus massives de l'Univers. Lorsque le cœur d'une étoile atteint des milliards de degrés, des paires de particules commencent à s'y créer : des électrons et leurs antiparticules, les positons.

Un interprète, lors de négociations cruciales, se met soudain à parler une autre langue – et le sens de ses propos change du tout au tout. C'est à peu près ce que font les neutrinos au cœur d'une étoile mourante. Ces particules invisibles naissent en quantités énormes lorsque le noyau de l'étoile se comprime en une boule de la taille d'une ville.

Les ondes gravitationnelles ont mis au jour un abîme : les trous noirs dont la masse se situe entre 60 et 120 soleils ne naissent presque jamais. Ce gouffre est creusé par les supernovae à instabilité de paire — des explosions qui ne laissent même pas une poussière de l'étoile.

Les étoiles des dizaines de fois plus lourdes que notre soleil ne meurent pas comme on le pensait autrefois. La modélisation informatique a révélé que leur cœur ne s'embrase pas souvent en supernova, mais s'effondre rapidement en un trou noir.

Une étoile pesant cent mille soleils vit de manière brillante mais brève. Sa fin est une contraction rapide en trou noir. Mais juste avant la fin, elle parvient à s'envelopper d'un cocon gazeux dense.

On pensait autrefois que l'hydrogène se mélangeait à peine au fer liquide à basse pression, donc on ne l'attendait pas dans le noyau lunaire. De nouvelles expériences ont renversé cette vision.

Lorsqu'un noyau atomique lourd se brise, il ne se sépare pas en deux moitiés régulières. D'abord, deux fragments apparaissent, semblables à des poires pressées l'une contre l'autre par leurs extrémités étroites. Ensuite, le point de jonction commence à s'aplatir — comme si deux gouttes fusionnaient et que la surface s'aplanissait rapidement.

L'explosion d'une étoile massive est un événement brillant mais bref. L'éclair lui-même dure des semaines, mais la poussière qu'il a chauffée autour de l'étoile continue de briller en infrarouge pendant des années.

Lorsqu'une étoile massive meurt et s'effondre en supernova, naît une étoile à neutrons — une sphère de la taille d'une ville, mais avec la masse du Soleil. Sa matière est si comprimée qu'une cuillère à café pèse plus que le mont Everest.

Une étoile massive, 40 fois plus lourde que le Soleil, meurt en une fraction de seconde. Son cœur se comprime comme un ressort trop serré, puis se détend brusquement : c'est l'explosion d'une supernova.

Au cœur d'une étoile massive, avant l'explosion, les couches sont empilées comme les pelures d'un oignon. Parfois, deux couches adjacentes – celle de carbone et celle d'oxygène – se mélangent. C'est un peu comme dans une casserole de soupe où les couches de bouillon et de légumes se mélangent quand on remue avec une cuillère.

Une étoile à neutrons est le noyau mort d'une étoile qui a explosé, compressé à la taille d'une ville. Si une étoile ordinaire se trouve à proximité, l'étoile à neutrons aspire sa matière comme un aspirateur. Cette matière tombe à la surface et forme une croûte – une couche solide de noyaux atomiques riches en neutrons.

Dans le nuage de gaz laissé par l'explosion d'une étoile (ce qu'on appelle un rémanent de supernova), des astronomes ont remarqué une lettre S géante et lumineuse. Elle a été créée par deux jets de matière surchauffée éjectés lors de la catastrophe.

La Terre, dans sa jeunesse, ressemblait à une ruche : elle grandissait en agrégeant d'innombrables blocs de pierre. Une fois la construction principale achevée, un essaim tardif de météorites s'est abattu sur la jeune planète – ce qu'on appelle le grand bombardement tardif.

Dans l'amas de la Règle, l'amas de galaxies riche le plus proche de nous, les astronomes ont repéré une onde de choc. Elle est née lorsqu'un amas a percuté un autre, comme la vague à la proue d'un navire fendant l'eau. Cette onde a comprimé et chauffé le gaz entre les galaxies. Deux galaxies se trouvent juste derrière le front de l'onde.

Les neutrinos sont des particules minuscules qui interagissent à peine avec la matière. Ils traversent une étoile sans encombre, comme des balles à travers un nuage. Lorsqu'une étoile massive se prépare à exploser, son noyau se contracte, la température augmente et des neutrinos commencent à s'en échapper.

En 2019, les détecteurs d'ondes gravitationnelles ont capté un signal provenant de la fusion d'objets lointains. L'un d'eux était un trou noir de 23 masses solaires. Le second ne pesait que 2,5 masses solaires — et c'est étrange.

En avril 2023, les satellites japonais ont détecté une éruption de rayons X extrêmement puissante sur l'étoile à neutrons MAXI J1752–457. L'étoile a refroidi en 4 jours — cinq fois plus vite que d'habitude. Comme si quelqu'un avait entrouvert une fenêtre cosmique. Cette fenêtre a été ouverte par le « processus Urca » nucléaire.

Bien avant cela, Fritz Zwicky avait prédit qu'après l'explosion d'une supernova naissait une minuscule étoile à neutrons. Des années plus tard, Jocelyn Bell Burnell en a capté les pulsations, découvrant les pulsars.