formation de binaires d'étoiles à neutrons

Il y a vingt mille ans, l'étoile qui allait devenir la supernova 1987A s'est parée d'un anneau. Pas un, mais trois. Les deux externes, tels des abat-jour, se sont inclinés par rapport à l'équatorial, et la lumière de l'étoile, en traversant ces anneaux, n'atteignait presque plus un observateur qui se serait trouvé dans le plan de l'anneau équatorial.

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.

Une étoile à neutrons est le vestige d'une étoile explosée, comprimé au point qu'une cuillère à café de sa matière pèserait aussi lourd qu'une montagne. À l'intérieur d'un tel objet, les protons et les neutrons sont tassés au plus près, et sous une pression énorme, des hyperons peuvent y apparaître — des particules contenant un quark étrange.

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.

Trois millisecondes avant la fusion. Un immense trou noir en rotation frénétique attire une étoile à neutrons — une boule de la taille d'une ville mais d'une masse équivalente à une fois et demie celle du Soleil. Les forces de marée étirent l'étoile en un filament aussi fin qu'une aiguille et dispersent la matière.

Une boule de billard en heurte une autre dans l'obscurité totale. Le bruit de l'impact et le cliquetis des billes tombant dans les poches — voilà tout ce que l'on entend. C'est à peu près ainsi que les physiciens étudient les interactions des particules élémentaires à des énergies qu'aucun accélérateur terrestre ne peut reproduire.

Une étoile à neutrons est l'ancien noyau d'une étoile massive, comprimé à la taille d'une ville. Une cuillère à café de sa matière pèse comme une montagne.

Le mystère de l'antimatière dans l'espace n'a cessé de hanter les astrophysiciens : d'où viennent les positons qui se déposent comme des flocons de neige dans les détecteurs ? La réponse pourrait se cacher dans le fond gamma le plus omniprésent. L'Univers est imprégné d'une lumière diffuse — le fond photonique cosmique (CPB).

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

Les détecteurs captent les « ondulations » des ondes gravitationnelles provenant de la fusion de trous noirs ou d'étoiles à neutrons — comme un écho de la cuisine où se prépare un plat cosmique.

Deux étoiles à neutrons tournoient dans une dernière danse. Si leur rotation coïncide avec le mouvement orbital, les partenaires fusionnent proprement, éjectant un fin faisceau de matière incandescente. Si elles tournent en sens inverse, la danse se brise, dispersant un épais voile de débris.

Deux étoiles éteintes, de la taille de la Terre mais chacune plus lourde que le Soleil, tournent l'une autour de l'autre en se rapprochant toujours plus, jusqu'à ce que l'une percute l'autre. Le choc déclenche une explosion thermonucléaire, et naît une supernova de type Ia. Ces éruptions servent de balises cosmiques pour mesurer les distances dans l'Univers.

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.

Une toupie tourne à grande vitesse et, au lieu d'un ronronnement régulier, émet un bourdonnement sourd — parce qu'elle est légèrement cabossée. C'est à peu près ainsi que fonctionnent les étoiles à neutrons : des sphères de la taille d'une ville, compressées à une densité telle qu'une cuillère à café de leur matière pèse autant qu'une montagne.

En 2017, les détecteurs ont capté un frémissement de l'espace : les ondes gravitationnelles émises par la fusion de deux étoiles à neutrons. Au même instant, les télescopes ont vu un éclat.

Quand deux étoiles à neutrons entrent en collision, naît un éclat qui brille comme un million de Soleils. En 2017, les astronomes ont vu pour la première fois un tel éclat — l'événement AT2017gfo. Désormais, des scientifiques ont construit des modèles informatiques pour comprendre comment cette lumière apparaît précisément.

Les étoiles Be sont des astres en rotation rapide, dotés d'un disque de gaz brillant. En général, c'est une étoile compagne qui les fait tourner : en transférant de la matière, elle enroule l'étoile comme une balle dans un canon rayé. Mais il existe aussi des étoiles Be solitaires, sans compagnon — leur origine est longtemps restée une énigme.

Toutes les 15 heures, dans une constellation située à 57 années-lumière de nous, se produit une petite éclipse solaire. La minuscule naine blanche — une étoile de la taille de la Terre mais plus lourde que le Soleil — plonge derrière le disque de la naine rouge.

Une toupie qui tourne si vite qu'elle accomplit 220 tours en une seconde : c'est exactement ce qu'a capté le radiotélescope chinois FAST. Il s'agit du pulsar PSR J1810-0623, une étoile à neutrons de la taille d'une ville, mais plus massive que le Soleil. Toutes les 4,55 millisecondes, son faisceau radio balaie la Terre, tel un phare dans l'océan cosmique.

Dans une galaxie extrêmement lointaine s'est allumée une sorte d'enseigne au néon cosmique : presque tout son rayonnement provient d'un gaz incandescent, et les étoiles se perdent littéralement dans cette lueur.

Les étoiles à neutrons binaires sont des paires de résidus ultra-denses d'étoiles massives ayant explosé. Elles tournent l'une autour de l'autre et se rapprochent progressivement jusqu'à fusionner dans une puissante explosion — source d'ondes gravitationnelles. Mais où exactement se forment ces paires ?

Le système binaire SS433 est connu pour son trou noir qui arrache de la matière à son étoile compagne. Une partie du gaz tombe dans le trou, tandis qu'une autre est éjectée en deux jets étroits qui tournoient comme une toupie. Ces jets sont visibles en radio et en rayons X.

Dans le noyau dense de l'amas globulaire NGC 6397, où les étoiles se bousculent comme des passagers à l'heure de pointe, les astronomes ont remarqué un couple étrange.

Les paires d'étoiles larges ressemblent à deux danseurs qui se tiennent par la main mais se trouvent à chaque extrémité de la salle. Leur lien est faible, et n'importe quel passant peut les séparer. Les astronomes ont trouvé 26 de ces paires et ont vérifié à quel point elles sont solidaires.

Au fin fond de l'espace, un nuage de gaz ressemble à un collier orné de perles brillantes. C'est la nébuleuse du Collier, les restes d'une étoile qui, autrefois, s'est gonflée et a englouti sa voisine. Au centre subsiste un duo : une petite étoile chaude et son compagnon gonflé, riche en carbone.

Les étoiles massives terminent leur vie par une explosion grandiose — une supernova. Leur cœur s'effondre en étoile à neutrons (une sphère ultra-dense où une cuillère à café de matière pèse un milliard de tonnes) ou en trou noir. Longtemps, on a cru que le type de supernova le plus courant était le lot des étoiles solitaires.

Dans un amas stellaire, comme sur une piste de danse bondée, les étoiles massives restent rarement seules. Le plus souvent, elles tournent en paires ou en trios, et la distance entre elles peut être plus petite que celle de la Terre au Soleil.

Deux étoiles tourbillonnent dans une danse rapprochée. L'une est une étoile à neutrons, une sphère ultra-dense de la taille d'une ville mais avec une masse d'une fois et demie celle du Soleil. L'autre est une étoile ordinaire qui gonfle et transfère sa matière à sa voisine.

Sur un pont, on a arraché le milieu — et personne n'attend de voitures sur l'autre rive. C'est ainsi que les astronomes voyaient les trous noirs de 50 à 130 masses solaires : les étoiles capables de les créer explosent en supernovae à instabilité de paire — le cœur chauffe tant que la lumière engendre des particules et des…