Découverte de la plus légère des étoiles à neutrons jamais observée

L’Univers est décidément plein de surprises. Et certaines mettent à mal les théories développées par les scientifiques. L’une des dernières en date – pour ceux qui s’intéressent aux étoiles -, c’est la caractérisation d’une étoile à neutrons localisée au sein des restes de la supernova HESS J1731-347 par une équipe de l’université de Tübigen. En exploitant notamment les données les plus récentes du satellite GAIA de l’Agence spatiale européenne (ESA), elle a découvert que la masse de l’étoile est bien plus faible que prévu : 0,77 fois la masse du Soleil, alors qu’on pensait jusque-là que ce type d’objet devait au minimum être 1,1 fois plus lourd que notre étoile !

« Une découverte intrigante »

Une étoile à neutrons se forme à partir de l’effondrement sur elle-même d’une étoile massive (plus de 8 fois et jusqu’à quelques dizaines de fois la masse du Soleil ; les étoiles les plus massives produisent des trous noirs). Lors de ce cataclysme, survient une explosion très lumineuse : c’est la fameuse supernova. Elle expulse les couches externes de l’astre ; son cœur se contracte et prend la forme d’une boule de matière si dense qu’elle n’est plus constituée d’atomes, mais uniquement de neutrons. On a recensé plus de 3000 de ces étoiles dites « à neutrons », dont les propriétés et le processus de formation s’avèrent encore aujourd’hui bien mystérieux. Chaque information qui s’écarte des modèles actuels est donc essentielle pour les affiner et les corriger, et cette publication dans Nature Astronomy n’y fait pas exception.

« Cette découverte est intrigante et soulève un certain nombre de questions, car les modèles évolutifs des cœurs des étoiles massives ne prédisent pas la création d’étoiles à neutrons de masses plus faibles que 1,1 masse solaire environ. Il s’agit de la masse la plus faible estimée à ce jour pour une étoile compacte » explique à Sciences et Avenir Christian Motch (CNRS, Observatoire astronomique de Strasbourg), qui n’a pas participé à l’étude. « S’il s’agit vraiment d’une étoile à neutrons, elle permet pour la première fois de tester les modèles d’équation d’état (les formules qui relient les différents paramètres qui caractérisent une étoile, pression, température, densité… NDLR) à faible masse et de réduire de manière significative la gamme de structures internes compatibles avec les observations ». Une avancée considérable, mais qui pose de nouvelles questions : « S’il s’agit bien d’une étoile composée de neutrons, cela impliquerait qu’un phénomène de perte de masse assez fort et de nature inconnue a eu lieu… » précise Christian Motch.

L’option des « étoiles étranges »

« S’il s’agit d’une étoile à neutrons… » Car même si les auteurs affirment que cela peut tout à fait en être une, ils n’écartent pas d’autres hypothèses plus… originales. « Nos estimations impliquent que cet objet est, soit la plus légère des étoiles à neutrons jamais observée, soit une « étoile étrange » avec une équation d’état plus exotique » écrit ainsi l’équipe dans sa publication. Cette dernière évoque ainsi les étoiles faites entièrement ou en partie de quarks, ces particules élémentaires dont sont constitués les protons et les neutrons.

Ce type d’étoile nous apprendrait des choses sur la matière si elles étaient un jour observées : « Les étoiles à quarks étranges seraient constituées en totalité ou en partie de particules élémentaires issus du déconfinement des quarks dans les nucléons (libération des quarks dû à des conditions extrêmes de pression et température, comme au cœur de certaines étoiles compactes, NDLR). Leur étude permettrait de connaître les conditions de la stabilité de ce type de matière impossible à expérimenter sur terre. Ce déconfinement change considérablement la relation attendue entre la masse et le rayon des étoiles compactes. C’est en fait la signature la plus évidente de la présence d’une matière étrange » décrit Christian Motch.

Mais ces objets restent pour l’instant hypothétiques et n’ont encore jamais été observés, même si plusieurs candidats existent. « Leur couche extérieure peut être recouverte de matière normale, ce qui rendrait leur rayonnement indiscernable de celui des étoiles à neutrons », précise l’astrophysicien, ce qui n’aiderait pas à les repérer ! Cette nouvelle publication ajoute donc une pierre à l’édifice de la recherche sur ces étoiles étranges, tout en gardant la porte ouverte à une découverte concernant les étoiles à neutrons.

Et Christian Motch de résumer : « Les valeurs les plus probables du rayon de l’objet compact décrites dans l’étude sont compatibles avec à la fois celles attendues pour les étoiles étranges, et pour les étoiles à neutrons. D’autre part, la faible masse semble difficile à expliquer s’il s’agit d’une étoile à neutrons. Cet objet compact peut donc être considéré comme un candidat sérieux d’étoile étrange du fait de sa masse et de son rayon. Reste que la création d’une étoile étrange si peu massive soulève d’autres interrogations ». Un mystère que les astrophysiciens devront percer en observant toujours plus d’étoiles, afin de voir si ce type de découverte est une exception ou un nouveau pan de l’astronomie à explorer.