émission de neutrinos d'étoile à neutrons

Imaginez deux toupies lancées sur une table. Si elles tournent dans le même sens, leur rotation totale est grande ; si elles tournent en sens inverse, la rotation totale peut être nulle, alors que chaque toupie tourne rapidement individuellement. Dans une paire d'étoiles à neutrons qui se rapprochent avant la fusion, ces toupies sont leurs rotations propres, c'est-à-dire leurs spins.

Au plus profond de la glace du pôle Sud, à près de deux kilomètres et demi sous la surface, un télescope pas comme les autres est en activité. Il n'est pas pointé vers le ciel, mais à travers la Terre. Sa proie : les neutrinos, ces particules quasi insaisissables qui traversent les planètes et les étoiles de part en part sans interagir avec rien.

Quand deux étoiles à neutrons — les noyaux ultra-denses d'étoiles mortes — entrent en collision, une kilonova naît : une explosion mille fois plus brillante qu'une nova classique. C'est un véritable creuset cosmique.

Une sub-Neptune est une planète dont la taille se situe entre celle de la Terre et celle de Neptune. Ces mondes sont très nombreux dans notre Galaxie, mais leur structure est encore débattue. Une nouvelle étude montre que, dans leur jeunesse, ces planètes se comportent comme une éponge imbibée d'eau.

À l'été 2021, la comète 7P/Pons-Winnecke a offert un véritable spectacle. Le réseau de télescopes Las Cumbres Observatory l'a suivie pendant près de trois mois et a compté huit éruptions soudaines.

Il y a près de quinze ans, le télescope à rayons gamma Fermi détectait de mystérieuses « bulles » – d'immenses nuages de plasma, comme gonflés par des poumons invisibles, s'élevant à des dizaines de milliers d'années-lumière du centre de la Galaxie.

Lorsqu'une étoile massive meurt, son cœur se contracte et l'explosion d'une supernova se produit. Ce cataclysme engendre des flux de particules, comme les vagues provoquées par une pierre jetée dans l'eau. Les premières à arriver sont les neutrinos rapides, qui traversent la Terre sans presque interagir.

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.

Au-delà de Neptune, dans la ceinture de glace, des astronomes ont observé l'objet (612533) 2002 XV93 masquer brièvement une étoile lointaine. En utilisant la méthode du transit (quand une planète atténue la lumière d'une étoile l'espace d'une seconde, comme une mouche devant une lampe), William Borucki et David…

Le laser frappe une cible faite de fils fins — et en quelques dizaines de femtosecondes (milliardièmes de milliardième de seconde), il en arrache un flux de protons. Ces protons pénètrent dans un convertisseur en lithium et deutérium, où naissent des neutrons.

À l'intérieur d'une étoile à neutrons, la densité ne varie pas en douceur : elle chute par à-coups, formant des marches de densité. Sur ces marches, le vide se met soudain à enfanter des paires : un neutrino et un antineutrino.

Au plus profond des Apennins, dans une cuve contenant trois tonnes de xénon liquide, quelque chose tressaille imperceptiblement tous les quelques jours.

Lorsqu'une étoile massive explose, ses débris se dispersent dans toutes les directions, comme les fragments d'un feu d'artifice. Mais comment savoir à quelle distance de nous une telle explosion s'est produite ? Les astronomes ont trouvé un moyen : ils observent les nuages de gaz avec lesquels ces débris entrent en collision. L'idée est simple.

Une collision à très grande vitesse a arraché un neutron du noyau d'hélium-8, et pendant un instant, un noyau d'hélium-7 est apparu — comme une étagère surchargée d'où trois livres tombent d'un coup.

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.

Une étoile à neutrons est le vestige d'une étoile explosée, comprimé à la taille d'une ville. En son cœur, la matière est si dense qu'une cuillère à café de cette matière pèserait autant qu'une montagne. À une telle densité, comme le prédit la théorie des interactions fortes, les particules acquièrent des « jumeaux » – des partenaires de parité.

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.

Lorsqu'une étoile comme le Soleil épuise son hydrogène, elle se gonfle en géante rouge, et de l'hélium s'accumule dans son noyau. À un moment donné, l'hélium s'embrase : en quelques secondes, il libère autant d'énergie que l'étoile en a rayonné pendant des milliers d'années. C'est ce qu'on appelle le flash de l'hélium.

Une multitude d'atomes peuvent agir comme un orchestre bien réglé : si chacun émet de la lumière à l'unisson avec les autres, l'éclat est multiplié. C'est la superradiance — un phénomène bien étudié en laboratoire, mais presque jamais recherché dans l'espace.

Un quasar est un trou noir supermassif au centre d'une galaxie, qui dévore la matière et brille plus intensément que toutes les étoiles environnantes. Une partie de l'énergie est émise sous forme de rayonnement radio, et l'on pensait que celui-ci pouvait chauffer ou éjecter le gaz froid — la matière première des nouvelles étoiles.

Au cœur d'une étoile mourante, huit fois plus massive que le Soleil, une fièvre silencieuse s'installe quelques jours avant l'explosion finale. Le noyau de l'étoile se contracte et s'échauffe, libérant des neutrinos – de minuscules particules qui interagissent à peine avec la matière.

Lorsqu'une étoile massive explose en supernova, sa matière, à des vitesses de plusieurs milliers de kilomètres par seconde, percute l'enveloppe environnante de poussière cosmique et de gaz — comme si elle heurtait un invisible manteau enveloppant l'étoile.

À l'intérieur d'une étoile à neutrons, la matière est comprimée si densément qu'une cuillère à café de cette substance pèserait autant qu'une montagne.

Au centre de nombreuses galaxies se cache un trou noir — un objet prédit par les solutions des équations de Karl Schwarzschild. Autour de lui s'étend une couronne incandescente — une région de plasma raréfié, chauffé à des milliards de degrés.

Des atomes ultra-froids peuvent se comporter comme un tout. Si un neutrino naît dans un tel nuage, il s'éclipse généralement sans laisser de trace.