En 2015, les astrophysiciens ont découvert un système composé de deux étoiles compactes en orbiteuse: un pulsar (c'est-à-dire une étoile neutronique en rotation rapide très magnétise et émettant de la lumière) et une étoile dite compagnon. L'étoile complémentaire de ce système a une masse qui est de 1,174 masses solaires (M⊙), ce qui est significativement inférieur à celui des autres étoiles de neutrons connues avec des masses mesurées avec précision.
La nature de cette étoile de masse légère dans le système de pulsar binaire J0453 + 1559 n'a pas encore été complètement élucidée. Au cours des dernières années, certains physiciens ont essayé de faire la lumière sur sa nature, en utilisant à la fois des outils de théorie et de calcul.
Alors que certains chercheurs ont suggéré que cela pourrait être une étoile à neutrons, d'autres ont remis en question cette hypothèse, ce qui suggère plutôt que ce pourrait être un nain blanc. Notamment, ces deux types d'étoiles ont des origines différentes: une étoile à neutrons se forme lorsqu'une étoile massive subit une explosion de supernova, tandis qu'un nain blanc émerge lorsqu'une étoile avec une masse faible à moyenne épuise son combustible nucléaire et élimine ses couches extérieures.
Des chercheurs de l'Université Monash et de l'Université de technologie de Swinburne ont récemment dirigé des simulations 3D d'explosions de supernova, pour explorer la possibilité que l'étoile à faible masse du système J0453 + 1559 soit une étoile à neutrons. Leur article, publié dans Lettres d'examen physiquesuggère que cette étoile pourrait en fait être une étoile à neutrons et non une naine blanche, comme l'ont suggéré certaines études antérieures.
« Nous travaillions avec des collaborateurs sur un autre article qui a maintenant été publié dans Astronomie naturelle« Bernhard Müller, premier auteur du journal, a déclaré à Issues.fr. » Ce document avait assemblé des observations d'étoiles à neutrons pour reconstruire la distribution de masse de l'étoile à neutrons. L'origine d'une étoile à neutrons de très faible masse dans le système J0453 + 1559 avait été débattue pendant un certain temps, mais les observations ont également montré quelques autres étoiles à neutrons avec une masse assez faible. «
Initialement, Müller et ses collègues Alexander Heger et Jade Powell ont commencé à chercher d'éventuelles stars des progéniteurs pour l'étoile à faible masse dans la grande base de données de modèles d'évolution stellaire à leur disposition. Ils ont ensuite effectué des simulations de supernova pour déterminer comment les théories actuelles de l'évolution stellaire pourraient expliquer une étoile à neutrons avec une masse si faible.
« Nous avons examiné 25 modèles d'évolution stellaire d'étoiles proches de la masse minimale requise pour les explosions de supernova », a expliqué Müller. «Nous avons zéro sur cinq d'entre eux où nous nous attendions à ce que la masse étoile à neutrons soit particulièrement faible en raison de la structure centrale du progéniteur, en particulier de la masse du noyau de fer et de silicium.
« Cependant, la quantité de masse qui se retrouve dans l'étoile à neutrons est soumise à une dynamique d'explosion complexe (par exemple, la matière peut toujours tomber sur l'étoile à neutrons pendant que l'explosion se développe déjà). »
Les chercheurs ont dirigé des simulations de supernova 3D pour les cinq stars du progéniteur qu'ils ont identifiées, qui s'étendaient de leur effondrement à leur explosion. Ces simulations leur ont permis de prédire les masses des étoiles à neutrons qui émergeraient des explosions avec une bonne précision.
« L'étude rend plausible que le mystérieux objet à faible masse de 1,17 masses solaires dans le système J0453 + 1559 est en effet une étoile à neutrons et non une naine blanche, comme certains auteurs l'ont récemment proposé », a déclaré Müller. « À plus grande échelle, l'étude démontre la puissance des grandes simulations 3D pour expliquer les caractéristiques de l'étoile à neutrons et de la distribution de masse des trous noirs et élucide l'évolution stellaire sous-jacente et la physique des explosions. »
Dans l'ensemble, les simulations effectuées par Müller, Heger et Powell suggèrent que l'étoile de faible masse dans le système binaire J0453 + 1559 pourrait en fait être une étoile à neutrons. Dans leurs prochaines études, les chercheurs prévoient d'exécuter plus de simulations 3D pour améliorer encore la compréhension actuelle de la naissance des différents objets célestes et de leurs propriétés uniques, en particulier des étoiles à neutrons et des trous noirs.
« Avec plus de puissance informatique, nous espérons que de grandes simulations pourront expliquer les propriétés de naissance des étoiles à neutrons et des trous noirs en détail, par exemple, leurs masses, leurs vitesses de naissance et à quelle vitesse ils tournent », a ajouté Müller.
« Un problème particulièrement difficile, sur lequel nous travaillons actuellement, est l'origine des champs magnétiques de l'étoile à neutrons. Il reste à expliquer pourquoi certaines étoiles à neutrons, appelées magnétars, naissent avec des forces de champ de surface très élevées de l'ordre 1015 Gauss. Nous espérons que les simulations 3D contribueront à expliquer leur origine. «
