août 16, 2022

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Ce pulsar « Black Widow » est l’étoile à neutrons la plus massive à ce jour

L’une des étoiles les plus extrêmes de la Voie lactée devient encore plus excitée.

Les scientifiques ont mesuré la masse d’une étoile à neutrons appelée PSR J0952-0607 et ont découvert qu’il s’agissait de l’étoile à neutrons la plus massive découverte à ce jour, à 2,35 fois la masse du Soleil.

Si c’est vrai, c’est très proche de la masse maximale théorique Environ 2,3 masses solaires pour étoiles à neutronsreprésente un excellent laboratoire pour étudier ces étoiles super denses dans ce que l’on pense être au bord de l’effondrement, dans l’espoir de mieux comprendre l’état quantique particulier de la matière dont elles sont constituées.

« Nous savons à peu près comment la matière se comporte aux densités nucléaires, comme elle le fait dans le noyau d’un atome d’uranium », L’astrophysicien Alex Filippenko a déclaré : de l’Université de Californie, Berkeley.

« Une étoile à neutrons est comme un noyau géant, mais lorsque vous avez une masse solaire et demie de cette matière, soit environ 500 000 masses terrestres de noyaux tous accrochés les uns aux autres, on ne sait pas du tout comment ils se comporteront. »

Les étoiles à neutrons sont les noyaux effondrés d’étoiles massives qui avaient une masse comprise entre 8 et 30 fois la masse du Soleil, avant que la supernova n’explose et n’envoie la majeure partie de leur masse dans l’espace.

Ces noyaux, qui ont tendance à représenter environ 1,5 fois la masse du Soleil, sont parmi les objets les plus denses de l’univers. La seule chose plus dense est un Trou noir.

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Sa masse est emballée dans une boule de 20 kilomètres (12 miles) ou plus de large; A cette densité, les protons et les électrons peuvent se combiner pour former des neutrons. La seule chose qui empêche cette boule de neutrons de s’effondrer dans un trou noir est la force qu’il faudrait pour qu’elle occupe les mêmes états quantiques, qui est décrite comme la pression de dégénérescence.

À certains égards, cela signifie que les étoiles à neutrons se comportent comme des noyaux atomiques massifs. Mais il est difficile de dire ce qui se passe à ce point de basculement, car les neutrons forment des structures étranges ou se transforment en un fouillis de particules plus petites.

PSR J0952-0607 était en effet l’une des étoiles à neutrons les plus excitantes de la Voie lactée. C’est ce qu’on appelle un pulsar – une étoile à neutrons qui tourne très rapidement, avec des jets de rayonnement émis par les pôles. Lorsque l’étoile tourne, ces pôles traversent l’observateur (nous) à la manière d’un phare cosmique, de sorte que l’étoile semble pulser.

Ces étoiles peuvent être incroyablement rapides, tournant à l’échelle de la milliseconde. Le PSR J0952-0607 est le deuxième pulsar le plus rapide de la Voie lactée, tournant à une vitesse incroyable de 707 fois par seconde. (Le plus rapide est à peine plus rapide, avec un chiffre d’affaires de 716 fois par seconde.)

C’est aussi ce qu’on appelle un pulsar « veuve noire ». L’étoile est sur une orbite proche avec un compagnon binaire – si proche que le champ gravitationnel massif extrait la matière de l’étoile compagnon. Ce matériau forme un disque d’accrétion qui orbite et se nourrit de l’étoile à neutrons, comme l’eau entourant un drain. Le moment cinétique est transféré du disque d’accrétion à l’étoile, augmentant sa vitesse de rotation.

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Une équipe dirigée par l’astrophysicien Roger Romani de l’Université de Stanford a voulu mieux comprendre comment le PSR J0952-0607 s’inscrit dans la chronologie de ce processus. L’étoile binaire est de petite taille, moins de 10% de la masse du Soleil. L’équipe de recherche a mené des études minutieuses du système et de son orbite et a utilisé ces informations pour obtenir une nouvelle mesure précise du pulsar.

Leurs calculs ont donné un résultat de 2,35 fois la masse du Soleil, soit 0,17 masse solaire. En supposant une étoile à neutrons standard commençant par une masse d’environ 1,4 fois la masse du Soleil, cela signifie que le PSR J0952-0607 pourrait s’enflammer jusqu’à la valeur totale de la matière du Soleil à partir de son compagnon binaire. L’équipe affirme qu’il s’agit d’informations très importantes sur les étoiles à neutrons.

« Cela fournit certaines des limitations les plus fortes à la propriété de la matière à plusieurs fois la densité observée dans les noyaux atomiques. En fait, de nombreux modèles courants de physique de la matière dense ont été exclus par ce résultat », Roumain expliqué.

« La masse maximale élevée des étoiles à neutrons indique qu’elles sont un mélange de noyaux et de quarks fondant de haut en bas jusqu’au noyau. Cela exclut bon nombre des quarks proposés. » les États de la matière, en particulier ceux avec une configuration interne étrange. « 

Le fichier binaire montre également un mécanisme par lequel l’isolement a lieu pulsars, sans les compagnons binaires, ils pourraient avoir des vitesses de rotation en millisecondes. Le compagnon J0952-0607 est presque parti ; Une fois entièrement dévoré, le pulsar (s’il ne s’incline pas au-dessus de la limite supérieure de masse et s’effondre davantage dans le trou noir) maintiendra sa vitesse de rotation incroyablement rapide pendant un certain temps.

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Et elle serait seule, comme tous les autres pulsars millisecondes solitaires.

« Alors que l’étoile compagnon évolue et commence à se transformer en une géante rouge, la matière s’infiltre dans l’étoile à neutrons, et c’est en orbite autour de l’étoile à neutrons. En tournant, elle est maintenant incroyablement énergétique, et un vent de particules commence à s’échapper du neutron de l’étoile. Ensuite, ce vent entre en collision avec l’étoile. » L’étoile donneuse commence à dépouiller la matière, et avec le temps, la masse de l’étoile donneuse diminue jusqu’à la masse d’une planète, et si plus de temps passe, elle disparaît complètement,  » Filipenko a dit.

« Donc, c’est ainsi que les pulsars millisecondes peuvent se former. Ils n’étaient pas seuls au début – ils devaient être dans une paire binaire – mais ils se sont progressivement évaporés loin de leurs compagnons et sont maintenant isolés. »

La recherche a été publiée dans Lettres du journal astrophysique.