L’âge des étoiles est inimaginablement long par rapport à la vie humaine, mais il n’est pas illimité, et le luminaire céleste apparemment éternel termine un jour son voyage. L’issue de la vie d’une étoile est déterminée par sa masse et, par conséquent, par la force gravitationnelle qui rassemble la matière de l’étoile. Pendant que l’étoile est en activité, la pression et la température énormes maintiennent le chaudron de réaction thermonucléaire à l’intérieur de l’étoile, transformant l’hydrogène en hélium et, plus bas dans la table de Mendeleïev, en fer. Le rayonnement généré par la réaction thermonucléaire gonfle l’étoile de l’intérieur, empêchant ses couches externes de s’effondrer vers l’intérieur, de se plier les unes aux autres. C’est pourquoi les étoiles sont si énormes.
Table des matières
La fin de la vie d’une étoile
Matériel par thème
Mais que se passe-t-il lorsqu’une réaction de fusion se termine ? Elle se termine parce que tous les éléments légers ont été épuisés. Les étoiles dont la masse peut atteindre une masse solaire et demie deviennent des naines blanches, c’est-à-dire des étoiles dont la contraction est stoppée par l’interaction des électrons entre eux. Les électrons en mouvement continu maintiennent les noyaux atomiques ensemble, les empêchant de s’effondrer sous l’effet de la gravité. Mais la pression des électrons est limitée par la vitesse de la lumière. Ainsi, lorsque l’étoile dépasse une masse de 1,5 masse solaire, les électrons ne peuvent plus freiner l’effondrement. Dans ce cas, la vie de l’étoile se termine par une explosion massive, où une partie de la matière est dispersée dans l’espace, le reste s’effondrant sous l’effet de la gravité. Et si la masse de l’étoile dépasse de plus de dix fois la masse solaire, la force gravitationnelle ne peut plus rien retenir et l’étoile s’effondre en un objet de densité infinie, un trou noir.
Étoile en explosion
Et si la masse de l’étoile se situe entre 1,5 et 10 masses solaires ? Si cette masse est comprise entre 1,5 et 3 masses solaires, la voie est toute tracée : il s’agit d’une étoile à neutrons. Une étoile dont la contraction est stoppée par le contact des noyaux atomiques eux-mêmes. Les protons et les électrons sont comprimés pour former des neutrons. C’est pourquoi les étoiles à neutrons sont appelées étoiles à neutrons, car elles sont composées essentiellement de neutrons. Ces étoiles constituent essentiellement un noyau atomique colossal. La densité de ces étoiles est inconcevable : un grain de matière d’une telle étoile pèse plus lourd qu’une chaîne de montagnes ; avec une masse d’un soleil et demi, son rayon est d’environ 11 à 13 kilomètres. La matière elle-même présente des propriétés très intéressantes. La force principale à l’intérieur de ces étoiles est l’interaction forte, qui, dans des conditions normales, maintient les protons et les neutrons à l’intérieur du noyau, les empêchant de s’éloigner.
Différences entre une étoile à neutrons et une étoile à quarks
Par exemple, les neutrons de son noyau sont superfluides et les protons sont supraconducteurs. La surface d’une telle étoile est cachée sous un océan de plusieurs centaines de mètres de profondeur. Et le fond de l’océan est une croûte de plusieurs kilomètres d’épaisseur. Cette croûte est constituée de noyaux atomiques figés dans du gaz d’électrons. Et entre le noyau et la surface, les neutrons forment des structures complexes comme des tubes ou des couches planes. Selon certaines hypothèses, sur leur base, il est même possible qu’il existe une vie particulière, celle des neutrons.
La formation d’une étoile à quark
Qu’en est-il des étoiles dont la masse est supérieure à 3 masses solaires mais inférieure à 10 ? C’est là que les choses deviennent encore plus intéressantes, ou plutôt plus étranges. Les noyaux atomiques ne sont plus en mesure de contenir la force de gravité, et ils sont pressés encore plus fort, se brisant en leurs éléments constitutifs — les quarks. Les neutrons et les protons sont constitués de deux types de quarks, les quarks up et les quarks down. Mais en plus de ceux-ci, il y a aussi leurs congénères, les «quarks étranges». Sous l’effet de la gravité, ces quarks se mélangent pour former une soupe de quarks solide, la matière étrange. Si l’étoile qui en résulte n’est constituée que de quarks ascendants et descendants, il s’agit d’une étoile à quarks. Si des quarks étranges y sont mélangés, l’étoile peut être qualifiée d’étrange. La matière quark possède des propriétés encore plus intéressantes que la matière neutron. Ainsi, les étoiles de quarks peuvent avoir la propriété de «supraconductivité colorée» associée à un autre paramètre des quarks : la couleur. À la surface de ces étoiles sévissent des champs électriques monstrueux, dont la force peut même rivaliser avec celle de la gravité.
Candidats
L’étoile à neutrons (le point bleu pâle au centre) RX J1856.5-3754 est l’un des candidats aux étoiles à quarks.
Mais comment détecter les étoiles à quarks ? C’est très difficile, car elles peuvent être recouvertes d’une couche de matière neutronique et apparaître de l’extérieur comme une étoile à neutrons ordinaire. Mais il existe des moyens d’y parvenir. L’une d’entre elles est la vitesse de refroidissement plus élevée d’une étoile à quarks par rapport à une étoile à neutrons. Un autre moyen consiste à comparer la puissance de l’explosion d’une supernova, l’explosion d’une supernova à quarks étant l’une des plus puissantes explosions d’énergie dans l’univers.
RX J1856.5-3754, une étoile à neutrons située à seulement 150 années-lumière du Soleil et dont la taille est beaucoup plus petite que celle des étoiles à neutrons, est l’une des candidates à l’étoile à quark. L’autre candidate, l’étoile 3C58, présente un taux de refroidissement trop élevé pour une étoile à neutrons. Mais ces données ne sont pas encore suffisantes pour reconnaître l’existence d’étoiles à quarks. Nous pouvons seulement constater que ces candidats ne ressemblent pas à de véritables étoiles à neutrons. Mais pas qu’il s’agit exactement d’étoiles à quarks, qui ne sont encore que des objets cosmiques hypothétiques.
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Date de publication: 12-25-2023
Mettre à jour la date: 12-25-2023