Les astronomes ont découvert dans la Voie lactée un objet mystérieux plus massif que l’étoile à neutrons la plus lourde mais plus léger que le plus petit trou noir.
Ce corps mystérieux pourrait aider les scientifiques à mieux déterminer où tracer la ligne de démarcation entre les étoiles à neutrons et les trous noirs, tous deux nés lors de la mort d’une étoile massive.
“L’une ou l’autre possibilité quant à la nature du compagnon est passionnante”, a déclaré Ben Stappers, chef d’équipe et professeur d’astrophysique à l’Université de Manchester, dans un communiqué. “Un système pulsar-trou noir sera une cible importante pour tester les théories de la gravité, et une étoile à neutrons lourde fournira de nouvelles informations sur la physique nucléaire à très hautes densités.”
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L’objet a été découvert à l’aide du radiotélescope MeerKAT, composé de 64 antennes situées au Cap Nord en Afrique du Sud. Le reste stellaire dense est en orbite autour d’une étoile à neutrons en rotation rapide ou « pulsar milliseconde » située à environ 40 000 années-lumière de nous, au sein d’un amas dense d’étoiles appelé « amas globulaire » dans la Voie Lactée.
Même si un système avec deux étoiles à neutrons serait fascinant, si l’objet mystérieux est un trou noir, cela ferait du système un système binaire radio pulsar-trou noir incroyablement convoité. Grâce aux explosions hautement périodiques du pulsar, qui peuvent être utilisées comme mécanisme de synchronisation, et à l’intense influence gravitationnelle du trou noir, un tel système pourrait être crucial pour tester les limites de la théorie de la gravité d’Einstein de 1915, connue sous le nom de relativité générale. .
Le pulsar, connu sous le nom de PSR J0514-4002E, a été repéré grâce aux faibles impulsions des ondes radio qu’il envoie lorsqu’elles balayent la Terre.
Alors que l’étoile à neutrons tourne à 170 fois par seconde comme un phare cosmique, de légers changements dans les impulsions très régulières ont permis aux chercheurs de déterminer que le PSR J0514-4002E avait un objet en orbite incroyablement dense, ce qui signifie qu’il ne peut s’agir que du reste d’un objet massif. étoile effondrée.
L’équipe a découvert que le pulsar et l’objet mystérieux sont séparés par 5 millions de miles (8 millions de kilomètres), soit environ 0,05 fois la distance entre la Terre et le soleil, et tournent autour l’un de l’autre une fois tous les sept jours terrestres.
L’objet en orbite a plus de masse que n’importe quelle étoile à neutrons connue mais moins que n’importe quel trou noir connu, ce qui le fait atterrir directement dans l’écart de masse du trou noir.
Trous noirs et étoiles à neutrons : faites la différence
Les étoiles à neutrons et les trous noirs naissent lorsque des étoiles massives atteignent la fin de leur combustible pour la fusion nucléaire et ne peuvent plus résister à la pression intérieure de leur propre gravité. Le noyau de l’étoile s’effondre tandis que les couches externes de cette étoile mourante sont emportées par une explosion de supernova.
À l’extrémité inférieure de l’échelle de masse, l’effondrement du noyau stellaire est stoppé par les propriétés quantiques de la mer de neutrons qui le compose désormais, et il devient une étoile à neutrons, un reste stellaire ayant entre 1 et 2 fois la masse de le soleil fait la largeur d’une ville ici sur Terre, soit environ 20 kilomètres.
Cependant, au-dessus d’une certaine masse, la pression quantique qui maintient les neutrons séparés est surmontée, et le noyau subit un effondrement complet et devient un trou noir. Une étoile à neutrons peut également dépasser cette limite et s’effondrer dans un trou noir si elle a une étoile compagnon capable de voler de la matière pour augmenter sa propre masse.
Les astronomes pensent que si un noyau stellaire a encore une masse supérieure à 2,2 fois la masse du soleil après avoir perdu ses couches externes et la grande majorité de sa masse, il est suffisamment lourd pour donner naissance à un trou noir.
Le problème est que les trous noirs les plus légers que nous ayons vus ont encore environ 5 fois la masse du soleil. L’absence de trous noirs entre 5 et 2,2 masses solaires est connue sous le nom d’« écart de masse des trous noirs » et jette le doute sur la limite de 2,2 masses solaires pour les étoiles à neutrons.
Une illustration du système supposant que l’objet qu’il contient est un trou noir
Combler l’écart de masse des trous noirs
Stappers et ses collègues ont découvert l’objet qui pourrait être la clé pour résoudre ce mystère et combler l’écart de masse en utilisant MeerKat pour étudier l’amas globulaire NGC 1851, situé dans la constellation méridionale de Columba.
Les étoiles de cet ancien amas d’étoiles sont plus étroitement liées que les étoiles du reste de la Voie Lactée. Les étoiles de NGC 1851 sont si peuplées qu’elles interagissent les unes avec les autres, perturbant leurs orbites respectives et entrant même en collision dans des cas extrêmes.
L’équipe pense qu’une telle collision entre deux étoiles à neutrons aurait pu créer l’objet mystérieux qu’elles ont détecté en orbite autour du pulsar PSR J0514-4002E.
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L’équipe ne peut pas encore identifier si le compagnon du PSR J0514-4002E est une étoile à neutrons, un trou noir ou même un objet cosmique dense jusqu’ici inconnu, mais ils savent que ce système pourrait devenir un laboratoire cosmique unique pour étudier le comportement. de la matière et de la physique dans des conditions extrêmes.
“Nous n’en avons pas encore fini avec ce système”, a conclu Dutta. “Découvrir la véritable nature du compagnon sera un tournant dans notre compréhension des étoiles à neutrons, des trous noirs et de tout ce qui pourrait se cacher dans l’écart de masse des trous noirs.”
Les recherches de l’équipe ont été publiées jeudi 18 janvier dans la revue Science.
