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La découverte de Pulsar pourrait résoudre le mystère d'étranges accidents d'étoiles à neutrons

Un nouveau phare cosmique fait la lumière sur un mystère de plusieurs années à partir de la première collision détectée d'étoiles à neutrons, révélant qu'un membre de cette paire stellaire condamnée était bien plus grand que l'autre, selon une nouvelle étude.

Détecter plus de ces fusions inégales pourrait un jour aider à résoudre un mystère cosmique entourant la vitesse à laquelle l'univers se développe, ainsi que le sort ultime du cosmos, ont déclaré les chercheurs.

En 2017, les astronomes ont assisté à un événement inédit – fusion de deux étoiles à neutrons. Les étoiles à neutrons sont des cadavres de grandes étoiles qui ont péri dans des explosions catastrophiques appelées supernovas. Bien que les étoiles à neutrons soient généralement petites, avec un diamètre d'environ 12 miles (19 kilomètres), elles sont extraordinairement denses. La masse d'une étoile à neutrons peut être à peu près la même que celle du soleil, et une cuillère à café de matériau d'étoile à neutrons a une masse d'environ un milliard de tonnes, ce qui fait des étoiles à neutrons les objets les plus denses de l'univers en plus des trous noirs. (Leur nom vient de la façon dont l'attraction gravitationnelle des restes stellaires est suffisamment forte pour écraser les protons et les électrons pour former des neutrons.)

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Quand les étoiles entrent en collision

La découverte de 2017 a été faite lorsque les scientifiques ont détecté des ondulations dans le tissu de l'espace-temps connues sous le nom d'ondes gravitationnelles, qui ont rayonné vers l'extérieur à partir d'un crash entre une paire d'étoiles à neutrons situées à environ 130 millions d'années-lumière de la Terre, une fusion baptisée GW170817. Les astronomes ont rapidement suivi cette découverte avec des observations de télescopes conventionnels du monde entier, marquant la première fois que des ondes gravitationnelles et des ondes électromagnétiques étaient vues à partir d'un événement astronomique.

Une meilleure compréhension des fusions d'étoiles à neutrons pourrait éclairer les origines des éléments les plus lourds de l'univers. Des découvertes récentes ont suggéré qu'une grande partie de l'or et d'autres éléments plus lourds que le fer sur le tableau périodique sont nés à la suite de collisions d'étoiles à neutrons.

Alors que les scientifiques poursuivaient cette découverte, l'énorme quantité de matière éjectée de la collision et la luminosité de ces débris s'avéra un mystère inattendu. Une explication possible était que la fusion impliquait des étoiles à neutrons de différentes tailles. Cependant, jusqu'à présent, les neuf systèmes binaires connus composés d'étoiles à neutrons en orbite autour de suffisamment près pour fusionner dans l'âge de l'univers impliquaient tous des paires de masse à peu près égale.

Maintenant, les scientifiques ont trouvé un binaire composé d'étoiles à neutrons de différentes tailles, ce qui soutient la possibilité que GW170817 soit une fusion entre ces étoiles à neutrons.

Pulsar résout le mystère

En utilisant l'Observatoire Arecibo, un radiotélescope géant à Porto Rico et le projet informatique distribué bénévole Einstein @ Home, les chercheurs ont analysé le pulsar PSR J1913 + 1102, qui est situé à environ 23290 années-lumière de la Terre et a été découvert pour la première fois en 2012. Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation qui émettent des faisceaux jumeaux d'ondes radio à partir de leurs pôles magnétiques. Ces faisceaux semblent pulser parce que les astronomes ne les voient que lorsqu'un pôle pulsar est pointé vers la Terre – d'où le nom de «pulsar», qui est l'abréviation de «étoile pulsante».

Le PSR J1913 + 1102 fait partie d'un système binaire avec une autre étoile à neutrons. Les scientifiques ont estimé que ces étoiles à neutrons, qui sont séparées par une distance inférieure à la largeur de notre soleil, entreront probablement en collision dans environ 470 millions d'années.

Les chercheurs ont découvert que le pulsar est considérablement plus grand que son compagnon, abritant environ 1,62 fois la masse du soleil par rapport à 1,27 masse solaire. Il s'agit de l'appariement le plus inégal jamais vu entre les binaires des étoiles à neutrons qui fusionneront probablement un jour.

"Il s'agit du premier système que nous ayons trouvé en son genre – un système binaire à double étoile à neutrons dans lequel les masses relatives des deux étoiles à neutrons dans le système sont si sensiblement différentes", a expliqué l'auteur principal de l'étude, Robert Ferdman, astrophysicien à l'Université. d'East Anglia en Angleterre, a déclaré Space.com.

Étant donné que le pulsar est nettement plus grand que son compagnon, l'attraction gravitationnelle du pulsar déformera la forme de son voisin, éliminant de grandes quantités de matière avant qu'elles ne fusionnent réellement, et potentiellement le déchirant complètement. Une telle perturbation éjecterait plus de matière chaude que prévu entre les fusions entre étoiles à neutrons de masse égale, contribuant potentiellement à expliquer le mystère de GW170817.

Dans l'ensemble, les binaires asymétriques pourraient représenter environ 10% de tous les binaires d'étoiles à neutrons fusionnés, a déclaré Ferdman.

Danse pulsar déséquilibrée

Étant donné que les fusions d'étoiles à neutrons asymétriques peuvent souvent conduire des étoiles à neutrons plus grandes à déformer de plus petits compagnons, enquêter sur de tels partenariats inégaux peut aider les chercheurs "à approfondir la compréhension de ce qui constitue une étoile à neutrons", a déclaré Ferdman. "La nature de la matière qui compose l'intérieur d'une étoile à neutrons est un mystère, donc l'observation des distorsions subies par une étoile à neutrons pourrait nous aider à mieux les comprendre."

De plus, les chercheurs ont noté que la fusion gravitationnelle des étoiles à neutrons pourrait aider à éclairer un mystère cosmique concernant la vitesse à laquelle l'univers se dilate. Le cosmos a poursuivi son expansion depuis sa naissance il y a environ 13,8 milliards d'années. En mesurant le taux actuel d'expansion de l'univers, connu sous le nom de constante de Hubble, les scientifiques peuvent déduire l'âge du cosmos, ainsi que des détails sur son évolution au fil du temps. Ils peuvent même utiliser le nombre pour essayer de déduire le sort de l'univers, par exemple s'il va s'étendre pour toujours, s'effondrer sur lui-même ou se déchirer complètement.

Actuellement, les deux principales méthodes utilisées par les scientifiques pour mesurer la constante de Hubble donnent des résultats contradictoires. Cependant, des résultats récents suggèrent que les chercheurs pourraient mesurer la constante de Hubble en utilisant des ondes gravitationnelles provenant de la fusion d'étoiles à neutrons. Les fusions asymétriques d'étoiles à neutrons qui produisent des signatures gravitationnelles et électromagnétiques détectables pourraient conduire à des mesures très précises de la constante de Hubble et aider à résoudre le conflit dit de la constante de Hubble, a noté Ferdman.

À l'avenir, les chercheurs veulent trouver plus de ces binaires asymétriques d'étoiles à neutrons "pour avoir une meilleure idée de leur fréquence", a déclaré Ferdman.

Les scientifiques ont détaillé leurs résultats en ligne le 8 juillet dans la revue Nature.

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