Découverte d’étoiles n’ayant existé que quelques millisecondes

Si le cosmos est le théâtre de nombreux phénomènes spectaculaires, les astronomes viennent d’en observer un particulièrement étonnant : des étoiles à neutrons n’ayant existé que quelques fractions de seconde avant de s’effondrer en trous noirs.

Phénomènes cosmiques extrêmes

Lorsque des astres d’une certaine masse explosent en supernova, ils laissent derrière eux un noyau dense d’une dizaine de kilomètres de diamètre. Possédant une masse supérieure à celle du Soleil, ces étoiles à neutrons se retrouvent souvent dans des systèmes binaires, où elles finissent par entrer dans une spirale qui se soldera par leur collision et la formation d’un seul objet.

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La nature de cet objet dépend de sa masse totale. On estime qu’une étoile à neutrons peut atteindre une masse maximale d’un peu plus de deux soleils avant de s’effondrer sous l’effet de sa propre gravité et de former un trou noir. Si la masse totale des deux astres est inférieure à cette limite, ils forment une nouvelle étoile à neutrons. Si la masse est supérieure, la collision créera plutôt un trou noir.

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Nature, des astronomes ont détecté deux fusions d’étoiles à neutrons. S’étant soldées par la formation de trous noirs, ces événements ont impliqué une étape intermédiaire intrigante : des étoiles à neutrons super lourdes n’ayant existé que pendant quelques millisecondes.

Selon des simulations informatiques de fusions d’étoiles à neutrons, si une étoile à neutrons super lourde se forme, un modèle spécifique connu sous le nom d’oscillations quasi périodiques (QPO) devrait apparaître dans les ondes gravitationnelles émises pendant l’événement. Si les observatoires actuels ne sont pas suffisamment sensibles pour détecter ces oscillations dans les ondes gravitationnelles, les auteurs de l’étude suspectaient que leurs empreintes digitales apparaissent également dans les rayons gamma.

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Des étoiles à neutrons super lourdes tournoyant à une vitesse vertigineuse

Pour tester cette idée, les astronomes ont analysé les données d’archives de 700 sursauts gamma courts (GRB) capturés par trois observatoires au cours des dernières décennies, et constaté que des QPO étaient apparus dans deux événements capturés par l’Observatoire Compton des rayons gamma, l’un en juillet 1991 et l’autre en novembre 1993.

L’équipe a estimé la masse des étoiles à neutrons super lourdes détectées à 2,5 fois celle du Soleil, leur durée à 300 millisecondes et leur vitesse de rotation à environ 78 000 tours par minute. À titre de comparaison, le pulsar le plus rapide réalise 43 000 rotations par minute.

Selon l’équipe, les futurs détecteurs d’ondes gravitationnelles devraient devenir suffisamment sensibles pour repérer directement les signatures des étoiles à neutrons super lourdes, ce qui pourrait contribuer à fournir de nouvelles informations sur ces objets éphémères.

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