Etoiles à Neutrons : Types

Les pulsars

Parce que l'axe magnétique du pulsar n'est pas aligné avec son axe de rotation, certaines étoiles à neutrons peuvent paraître pulser à cause des électrons accélérés aux environs des pôles magnétiques. Ces électrons s'éloignant de l'étoile mais subissant toujours son puissant champ magnétique doivent tourner avec celle-ci.

Toutefois, il existe une distance au-delà de laquelle ces électrons devraient se déplacer à une vitesse plus élevée que la vitesse de la lumière afin de continuer à tourner. À cette distance les électrons ne peuvent plus continuer à suivre l'étoile et libèrent alors leur énergie cinétique sous forme de rayons X ou de rayons gamma. Ces étoiles à neutrons balaient le ciel, comme la lumière d'un phare balaye la mer: ce sont des pulsars.

Pulsar: un observateur peut voir ce rayonnement pulsé à chaque fois que le pôle magnétique de l'étoile est orienté vers lui. Si cet alignement est possible, il se reproduit avec la même période que la période de rotation de l'étoile.

Quand les premiers pulsars ont été découverts en 1967 par Jocelyn Bell et Antony Hewish, certains ont cru y voir les signes de l'existence d'une intelligence extra-terrestre. En effet, ces signaux très réguliers pouvaient être interprétés comme ceux provenant d'une sorte de balise.

Voir une animation de pulsar en provenance de la Nasa.

Le site de la Nasa.

Nébuleuse du Crabe (rémanent de supernova)
Enveloppe de gaz, soufflée lors de l'explosion d'une étoile massive, en 1054, la nébuleuse n'en finit pas de s'étendre et de se disloquer. Elle doit aujourd'hui sa forme tourmentée au puissant vent d'électrons émis par le pulsar tapi en son cœur. Et c'est également aux électrons que l'on doit cette magie des couleurs. Bleue comme leur lumière lorsqu'ils s'enroulent dans le champ magnétique jaillissant de l'astre central. Rouge comme le rayonnement émis chaque fois qu'un proton rattrape au vol un de ces électrons pour former un atome d'hydrogène.
Une image dans les rayons X
Elle montre des jets de matière et d'antimatière qui s'éloignent de l'étoile à neutron (en fait un pulsar) située au centre de la nébuleuse du Crabe.
Cette image a été prise en 2002 par le satellite Chandra. L'anneau central a un diamètre d'environ une année-lumière.

Crédit : NASA/CXC/ASU/J. Hester et al.

Les magnétars

Un magnétar est une étoile à neutrons disposant d'un champ magnétique hyper puissant, qui émet des radiations électromagnétiques de haute énergie, comme les rayons X et Gamma.

Les étoiles à neutrons possèdent un champ magnétique extrêmement intense accroché à leur surface, provenant du champ magnétique initial de l'étoile, densifié par l'effondrement de la supernova. Celui-ci est typiquement de l'ordre de 1012 Gauss, soit plus d'un trillion de fois le champ magnétique terrestre.

Au moment de sa naissance, le coeur de l'étoile à neutrons est conducteur, parce qu'il contient également des protons et des électrons. Si cette étoile possède alors une vitesse de rotation suffisamment élevée (supérieure à 200 tours/seconde), le coeur liquide va pouvoir déclencher un "effet dynamo" pendant une vingtaine de secondes, ce qui est suffisant pour porter le champ magnétique à des valeurs 800 à 1.000 fois supérieures (soit 8x1014 Gauss). En comparaison, le champ magnétique terrestre n'est que de 0.5 Gauss. Une telle étoile est appelée un MAGNETAR (contraction de magnetic star).

Cette puissance magnétique est suffisante pour effacer les informations contenues dans une carte bleue sur une distance égale à celle Terre Soleil, et est fatale sur la distance Terre Lune. Les pré requis pour la formation d'un magnetar sont donc une rotation rapide et un champ magnétique intense avant explosion.

Le champ magnétique tourne avec l'étoile, puisqu'il est accroché à sa surface. A de telles valeurs, les ondes magnétiques et les particules entraînées par le champ se révèlent extrêmement efficaces pour "pomper" l'énergie de rotation de l'étoile, et donc freiner brutalement sa rotation. En quelques milliers d'années, celle-ci va ralentir jusqu'à une vitesse d'un tour toutes les cinq ou dix secondes. Il est estimé qu'une supernova sur dix donne naissance à un magnetar plutôt qu'à une étoile à neutrons ou pulsar.

Un champ magnétique aussi intense va pouvoir exercer des forces énormes sur sa croûte solide constituée de plasma d'éléments lourds, principalement de fer. Il s'agit d'un "starquake", par analogie aux "earthquate" (tremblements de Terre). Ces forces sont telles que la croûte peut finir par se rompre, de la même manière que la croûte terrestre casse dans un tremblement de terre sous l'effet des contraintes.

A ce moment-là, l'étoile laisse échapper des bouffées de particules à haute énergie qui vont provoquer une émission brève mais intense de rayons X durs (l'étoile à neutrons perd à cet instant autant d'énergie que le Soleil en 1.000 ans). Cette émission de radiation peut se reproduire à intervalles plus ou moins réguliers. Ce phénomène est désigné sous l'appellation de SGR : Soft Gamma Repeaters. Certains magnetars émettent des rayons X avec une période de l'ordre de la dizaine de secondes : ils sont appelés AXP : Anomalous X-ray Pulsars. Cette émission correspond à de la matière chaude piégée dans les lignes de champ magnétique en rotation avec l'étoile.

Au bout de 10.000 ans, la source d'énergie du champ magnétique s'épuise, et le magnetar finit par devenir invisible.

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