structure interne des étoiles à neutrons

Le noyau d'un atome est souvent représenté comme une boule dense où protons et neutrons sont mélangés. Mais chez certains isotopes, les neutrons peuvent s'étendre bien au-delà de cette boule, formant une coquille diluée — un halo de neutrons. Cela arrive surtout avec les noyaux qui ont beaucoup plus de neutrons que de protons.

Une étoile massive épuise son carburant – et son cœur s'effondre en une fraction de seconde. Une supernova naît, accompagnée d'une pluie de neutrinos brève mais intense. Ces particules interagissent à peine avec la matière, elles s'échappent donc librement, emportant l'information sur la catastrophe.

Pendant treize milliards d'années, la lumière a voyagé à travers le vide cosmique. Elle contournait de massifs galaxie qui, comme l'avait prédit Einstein, agissaient comme des lentilles géantes — amplifiant et déformant le lointain rayonnement. En 2023, l'instrument NIRSpec à bord de James Webb a capté cette lumière et l'a décomposée en spectres.

En physique nucléaire, on a longtemps cru que deux neutrons ne pouvaient pas former un état lié — ils s'attirent trop faiblement et se séparent aussitôt. Cependant, à la surface des noyaux riches en neutrons, où la densité de matière chute à des millièmes de la densité nucléaire normale, la situation change radicalement.

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.

Uranus et Neptune étaient autrefois considérées comme des géantes de glace, en raison des épaisses couches d'eau, de méthane et d'ammoniac gelés que l'on pensait y trouver.

Les étoiles à neutrons sont des sphères ultra-denses formées des restes d'étoiles explosées. Certaines d'entre elles sont observées comme des pulsars — des phares cosmiques émettant des sursauts radio. Ce qui se trouve à l'intérieur est longtemps resté une énigme.

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.

Une casserole où mijote un potage à trois ingrédients. Le cuisinier ajuste les proportions en cours de route, et on suit cela grâce à la position d'un point sur une échelle triangulaire. C'est à peu près ainsi que les physiciens démêlent les neutrinos issus d'une explosion de 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.

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.

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.