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Longtemps, les étoiles à neutrons sont restées des objets théoriques que l’on commençait tout juste à prendre au sérieux il y a 50 ans. L'astrophysique nucléaire était déjà bien développée mais l'astrophysique relativiste était juste sur le point de naître. Or, si les étoiles à neutrons peuvent être considérées comme de gigantesques noyaux d'atomes, leur formidable champ de gravitation impose d'utiliser les équations de la relativité généralerelativité générale pour en décrire précisément la structure.
Pendant presque quarante ans, les difficultés mathématiques associées au système d'équations aux dérivées partielles hyperboliques décrivant le couplage entre la matièrematière, l'énergieénergie et la géométrie de l'espace-tempsespace-temps, avaient découragé bien des chercheurs. De plus, les prédictions semblaient difficiles à vérifier par l'expérience. Le contrastecontraste était saisissant avec les équations de la mécanique quantiquemécanique quantique, linéaires et bien plus faciles à résoudre, véritables cornes d'abondance en résultats expérimentaux relativement aisés à tester en laboratoire.
Pourtant, la fin des années 1960 vit la découverte des pulsarspulsars et leur interprétation rapide comme des étoiles à neutrons en rotation. Depuis, de nombreux travaux mélangeant avec bonheur physiquephysique nucléaire, théorie des superfluidessuperfluides et théorie du rayonnement gravitationnel font de l'étude de ces astresastres fascinants un domaine mature où presque toute la physique s'applique.
On sait maintenant que les étoiles à neutrons se forment lorsque des étoiles dépassant les 8 massesmasses solaires et ayant épuisé leur carburant nucléaire en quelques millions d'années explosent en supernovaesupernovae et voient leur cœur s'effondrer pour former un astre compact de quelques dizaines de kilomètres de diamètre tout au plus mais possédant une masse de l'ordre de celle du SoleilSoleil.
La plus jeune étoile à neutrons connue se trouve à environ 11.000 années-lumièreannées-lumière et elle provient de l'explosion d'une étoile massive il y a 330 ans. La nébuleusenébuleuse qu'elle a laissée porteporte le nom de Cassiopée A et c'est l'un des premiers objets observés en rayons Xrayons X par le satellite ChandraChandra. Cet instrument l'a examinée à nouveau à plusieurs reprises au cours des dix dernières années mais une anomalieanomalie intriguait les astrophysiciensastrophysiciens.
D'après les modèles analytiques et numériquesnumériques construits et testés depuis quelques décennies, le diamètre de l'étoile à neutrons devait être plus grand que celui mesuré et il devait être entouré d'une atmosphèreatmosphère d'hydrogènehydrogène et d'héliumhélium... en contradiction avec les observations.
Craig Heinke de l'Université de l'Alberta et Wynn Ho de l'Université de Southampton se sont penchés sur ce problème et ont réussi à réinterpréter les données accumulées par Chandra. Selon eux, et comme ils l'expliquent dans un article publié dans Nature, tout se passe comme si l'astre compact était entouré d'une atmosphère de carbonecarbone de seulement 10 centimètres d'épaisseur ! Avec une température de surface de 1,6 million de kelvinskelvins et un diamètre compris entre 8 et 17 kilomètres, le spectrespectre des radiations X observé est bel et bien retrouvé.
Les chercheurs sont malgré tout un peu perplexes car selon les simulations des réactions nucléairesréactions nucléaires dans les étoiles géantesétoiles géantes en fin de vie et celles de l'effondrementeffondrement conduisant à une étoile à neutrons, ce serait plutôt une atmosphère d'hydrogène et d'hélium que l'on devrait observer. De fait, c'est bien ce que l'on voyait pour d'autres étoiles à neutrons. Cependant, celle de Cassiopée A étant encore jeune, les chercheurs prédisent que dans quelques milliers d'années, l'hydrogène et l'hélium environnants, laissés par l'explosion de l'étoile génitrice de l'astre compact, finiront par s'accumuler sur sa surface.
