Jusqu’à une étoile sur cent dans la Voie lactée est de type “neutronique”. Il s’agit d’objets si incroyablement denses que leur intérieur se resserre jusqu’à ressembler à un énorme noyau atomique.
Mais il s’agit d’un atome inhabituel, car il est composé de façon disproportionnée de neutrons.
Pour comprendre d’où viennent ces neutrons, nous devons descendre à travers les couches d’une étoile à neutrons et comprendre comment l’immense gravité affecte l’espace personnel des particules individuelles.
Comment se forment les étoiles à neutrons ?
Au plus profond de chaque étoile, une guerre fait rage. La gravité attire les particules et la chaleur générée par les réactions nucléaires les expulse pour créer une boule de plasma relativement stable.
Tôt ou tard, les fours nucléaires refroidissent. Pour les étoiles dont la masse est environ 10 à 30 fois supérieure à celle de notre Soleil, la perte de chaleur fait que le gaz extérieur, plus froid, s’enfonce rapidement sous l’effet de la gravité, prenant de la vitesse jusqu’à ce qu’il percute l’amas dense de fer chaud qui s’est formé dans ses derniers instants.
L’onde de choc génère une énorme poussée d’énergie, propulsant une vague de gaz chauds et de radiations dans le cosmos dans une sorte d’explosion de supernova. Il ne reste plus que la boule de fer au cœur de l’étoile, un peu plus lourde que le Soleil, entassée dans un espace d’environ 11 kilomètres de diamètre et recouverte d’une fine atmosphère (d’environ un mètre d’épaisseur) d’hydrogène et d’hélium capturés.
la taille d’une étoile à neutrons comparée à celle de Manhattan, New York (Centre des vols spatiaux Goddard de la NASA)
La gravité sur cette boule est aussi folle que possible pour une structure observable. Si vous vous tenez à la surface de ce bloc de fer de la taille d’une ville, vous ressentirez une force de gravité d’environ 100 milliards de Gs.
Mais vous ne resteriez pas debout très longtemps.
Qu’y a-t-il à l’intérieur des étoiles à neutrons ?
Sous vos pieds, des phénomènes physiques incroyablement étranges se produisent.
Une pression intense fait tomber les noyaux de fer dans une vaste structure cristalline dictée par la poussée collective d’innombrables charges positives.
Une brume d’électrons bourdonne librement dans les interstices de ce cristal, la pression intense les rapprochant dangereusement des noyaux. Grâce aux lois de la physique quantique, cette promiscuité signifie que les électrons ont plus de chances de se retrouver à l’intérieur d’un proton, transformant la paire en un neutron et un neutrino fraîchement cuits. Le neutron est une particule subatomique dont la masse est similaire à celle du proton mais qui n’a pas de charge électrique, tandis que le neutrino est une particule subatomique neutre presque sans masse.
Le minuscule neutrino est assez petit pour se débarrasser de la masse. Mais le neutron reste, formant d’étranges isotopes avec la masse du fer mais beaucoup moins de protons.
Quel genre d’atomes y a-t-il à l’intérieur d’une étoile à neutrons ?
En s’enfonçant encore plus profondément dans la structure, on pourrait trouver des atomes si lourds en neutrons qu’ils commencent à s’effriter. La théorie suggère que les neutrons “dérivent” dans cet espace époustouflant sous la forme d’une sorte de gaz épais, s’écartant les uns des autres sous une pression déterminée non pas par leurs charges, mais par la vertu d’une règle selon laquelle des particules identiques de cette nature ne peuvent occuper le même espace en même temps.
À environ un kilomètre à l’intérieur de l’étoile morte, cette “croûte” est maintenant constituée d’un brouillard de neutrons, avec des protons occasionnels ici et là. Les noyaux sont si proches qu’ils peuvent se frôler les uns les autres.
La gravité augmentant régulièrement, des structures atomiques autrefois reconnaissables se transforment en arrangements exotiques – rappelant différentes sortes de pâtes comme les spaghettis et les lasagnes – façonnés par un équilibre entre la force nucléaire forte et une touche de répulsion positive.
Au cœur même des étoiles à neutrons, la physique devient encore plus étrange. Forcés de se mettre par paires, les neutrons (et le rare proton qui ne s’est pas transformé) forment de nouvelles identités qui leur permettent d’enfreindre toutes sortes de lois antérieures, créant ainsi d’étranges courants.
Au centre même, il est possible que la gravité force les neutrons à perdre toute leur individualité, se transformant en une “bouillie” de leurs particules primaires, les quarks.
En se serrant davantage, ces quarks se chevaucheraient également, s’effondrant en un point si confiné qu’il est impossible de le modéliser. En d’autres termes, il deviendrait un trou noir.
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