Étoiles à neutrons : la clé de l’or et du platine dans l’univers !

Étoiles à neutrons : la clé de l’or et du platine dans l’univers !

Le 3 juin 2025, Tim Dietrich, professeur d'astrophysique théorique à l'université de Potsdam, a exprimé son désir de visiter des étoiles à neutrons avec un vaisseau spatial. Ces objets extrêmement denses et compacts se forment lors des explosions de supernova d’étoiles massives et brillent brièvement aussi brillamment qu’une galaxie entière. Leur densité est époustouflante : une cuillère à café de matière provenant d’une étoile à neutrons peut peser jusqu’à un milliard de tonnes. La majorité de ces corps célestes fascinants sont situés dans des systèmes stellaires binaires. Ils perdent de l'énergie jusqu'à ce qu'ils entrent finalement en collision, libérant des quantités incroyables d'énergie. La première collision observée d’étoiles à neutrons a eu lieu le 17 août 2017, lorsque des ondes gravitationnelles et des signaux lumineux ont été détectés, marquant une étape importante dans l’astronomie moderne. Il s'agit de l'événement GW170817, qui s'est produit à l'extérieur de notre Voie Lactée et a détecté le signal lumineux d'une collision d'étoiles à neutrons dans la galaxie NGC 4993.

Lors de telles collisions, de nouveaux éléments sont créés, notamment des éléments lourds tels que l'or et le platine. Ces processus sont complexes et fascinants ; ils ciblent la production de rayons gamma comme ceux observés lors de la collision. Lors de la collision de 2017, des détecteurs astronomiques, tels que les détecteurs LIGO de Hanford, dans l'État de Washington, et de Livingston, en Louisiane, ont détecté une quantité importante d'ondes gravitationnelles. Celles-ci ont été enregistrées sur une période d'environ 100 secondes. La mesure a été complétée par le détecteur Virgo, qui a permis de rendre plus précise la localisation du signal. À peine 1,7 seconde plus tard, les satellites Gamma-ray Burst Monitor (GBM) à bord du satellite Fermi ont détecté le sursaut gamma qui l'accompagnait.

Découvertes et théories entourant les collisions d'étoiles à neutrons

La découverte de GW170817 marque le début de l'astronomie multi-messagers. Cette nouvelle méthode combine différents signaux pour mieux comprendre l’univers. La mesure simultanée des ondes gravitationnelles et des signaux lumineux a fourni des preuves importantes de la théorie de la relativité d'Einstein. La probabilité que la coïncidence des ondes gravitationnelles et des rayons gamma se produise par hasard est de 1 sur 200 millions. L'événement confirme la théorie selon laquelle les fusions d'étoiles à neutrons sont la principale source d'éléments plus lourds, en particulier les éléments du processus R.

Cependant, la découverte des ondes gravitationnelles n’est que la pointe de l’iceberg. Des recherches de l'Institut Max Planck de physique gravitationnelle montrent que les mécanismes à l'origine de la génération de champs magnétiques dans la fusion d'étoiles à neutrons peuvent être expliqués par des simulations informatiques. Ces simulations révèlent que les étoiles à neutrons, qui ne mesurent qu’une vingtaine de kilomètres de diamètre, sont capables de générer de puissants champs magnétiques. Ces processus magnétohydrodynamiques montrent que deux mécanismes contribuent au renforcement du champ magnétique : l'instabilité de Kelvin-Helmholtz et l'instabilité rotationnelle magnétique, qui agissent comme une dynamo.

Environ 60 millisecondes après la fusion, un jet est éjecté à travers les pôles du magnétar résultant, responsable de la production d'un rayonnement kilonova. Ces phénomènes impressionnants montrent que les collisions d'étoiles à neutrons produisent non seulement des ondes gravitationnelles et des signaux lumineux spectaculaires, mais également une variété d'éléments et de champs magnétiques - autant d'aspects qui continuent de fasciner l'astrophysique et d'offrir de nouvelles possibilités de découverte.

Pour l’avenir, l’idée de voyager avec un vaisseau spatial vers de tels événements dans d’autres galaxies reste plus qu’un simple rêve. Le concept d'un moteur de distorsion, qui pourrait théoriquement permettre des vitesses plus rapides que la lumière, est basé sur les formules physiques de la relativité générale. Mais jusqu’à ce que nous puissions entreprendre de tels voyages, la collision entre étoiles à neutrons reste un sujet fascinant et complexe pour l’astronomie.