Etoiles à neutrons et pulsars

 Étoile à neutrons. Crédit photo : Shutterstock Artsiom

https://youtu.be/CDy6kEEClK0

Comprendre Les étoiles

Le neutron

• Le neutron est une particule subatomique de charge électrique nulle.
• Les neutrons sont présents dans le noyau des atomes, liés avec des protons par l’interaction forte. Alors que le nombre de protons d'un noyau détermine son élément chimique, le nombre de neutrons détermine son isotope. Les neutrons liés dans un noyau atomique sont en général stables mais les neutrons libres sont instables : ils se désintègrent en un peu moins de 15 minutes (880,3 secondes). Les neutrons libres sont produits dans les opérations de fission et de fusion nucléaires.
• Le neutron n'est pas une particule élémentaire mais une particule composite composée de l'assemblage de trois composants : un quark up et deux quarks down, liés par des gluons.

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quark up

quarks down

https://youtu.be/9cgG5DC1SKU

La structure de l’atome

Vers la vallée de la stabilité/ les atomes et la radioactivité

https://youtu.be/fxtRmrtPtzU

Etoile à neutrons

• Une étoile à neutrons est un astre principalement composé de neutrons maintenus ensemble par les forces de gravitation. De tels objets sont le résidu compact issu de l’effondrement gravitationnel du cœur de certaines étoiles massives lorsque celles-ci ont épuisé leur combustible nucléaire.

• Une étoile à neutrons est le noyau effondré d’une étoile supergéante massive, ou supernova à effondrement de cœur, qui avait une masse totale comprise entre 8 et 40 masses solaires.

• Une étoile à neutrons peut présenter différents aspects. Si elle tourne rapidement sur elle-même et qu'elle possède un puissant champ magnétique, elle projette alors le long de son axe magnétique un mince pinceau traversant ou pas de radiations, et un observateur placé approximativement dans la direction de cet axe observera une émission pulsée par un effet de phare, appelée pour cette raison pulsar.

• Une étoile à neutrons située dans un système binaire peut arracher de la matière à son étoile compagnon et donner lieu à une émission pulsée ou continue dans le domaine des rayons X et gamma. Il est possible de repérer une coalescence de deux étoiles à neutrons ou d'une étoile à neutrons avec un trou noir grâce aux ondes gravitationnelles.

• Près de 3 000 étoiles à neutrons sont connues en 2019, la majeure partie — plus de 2 700 — étant détectée sous la forme de pulsars, l'autre sous la forme de sources de rayons X. Leur étude permet de reconstituer certains aspects de la physique des étoiles à neutrons.

Formation

• Une étoile à neutrons se forme à la suite de l'effondrement d'une étoile ayant une masse trop grande pour se transformer en une naine blanche, mais trop petite pour donner naissance à un trou noir. Quand l'hydrogène, l'hélium, le carbone, le néon, l'oxygène et le silicium ont accompli une majeure partie de leur fusion nucléaire, l'étoile est principalement constituée de fer (incapable de fusionner), la pression ne peut plus équilibrer la gravité : le noyau de l'étoile se contracte, ses constituants se transforment en neutrons et l'on atteint un nouvel équilibre pression-gravité.
• L'effondrement s'accompagne d'une explosion des couches externes de l'étoile, qui sont complètement disloquées et rendues au milieu interstellaire, phénomène appelé supernova. Le résidu compact n'est plus le siège de réactions nucléaires et sa structure est radicalement différente de celle d'une étoile ordinaire. Sa masse volumique est en effet extraordinairement élevée, de l'ordre de mille milliards de tonnes par litre, et sa masse comprise dans une fourchette très étroite, entre 1,4 et 3,2 fois la masse du Soleil. Ainsi, une étoile à neutrons est une boule de seulement 20 à 40 kilomètres de diamètre.
• À leur naissance, les étoiles à neutrons sont dotées d'une vitesse de rotation très élevée, de plusieurs dizaines de tours par seconde. Elles possèdent également un champ magnétique très intense, allant jusqu'à 10¹¹ teslas. Leur intérieur est également très atypique, étant principalement composé de neutrons à l'état superfluide et en proportions plus modestes, de protons et d'électrons. Le milieu est supraconducteur. La région la plus centrale d'une étoile à neutrons est actuellement mal connue du fait de sa densité très élevée. Elle peut être composée de neutrons ou de formes de matière plus exotiques ; c'est en fait un état inconnu non actuellement déterminé en physique.

Structure

Comme dans tout astre, la densité d'une étoile à neutrons augmente à mesure que l'on s'approche du centre. On distingue ainsi dans une étoile à neutrons plusieurs couches, selon la densité et les propriétés de la matière qui les compose.

• À la surface, on parle d’atmosphère pour désigner la couche de quelques centimètres à près d'un mètre où la matière est partiellement ou quasiment liquide, bien que de densité très élevée.

• En dessous existe la croûte externe, composée de la même matière que l'intérieur d'une naine blanche, c'est-à-dire des noyaux atomiques très fortement ou totalement ionisés et d’électrons libres. Quand la densité augmente, sont favorisées des réactions de fusion entre protons des noyaux atomiques et électrons libres qui forment des neutrons. Ceci a pour conséquence d'enrichir les noyaux atomiques en neutrons par rapport à leur état à basse densité.

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https://youtu.be/su3enZAh2v8

Pulsars et Étoiles à neutrons

Au coeur de l’Univers - Les Pulsars

https://youtu.be/9Tukgswynl4

 Étoile à neutrons. Crédit photo : Shutterstock Artsiom

"Ne regardez pas les étoiles uniquement comme des points lumineux. Essayez de saisir l'immensité de l'univers." - Maria Mitchell (astronome américaine 1818-1889)

Etoiles à neutrons et pulsars