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Un extrait de la simultion d'une étoile à neutrons avec sursaut X. Crédit : Nasa
Les étoiles doubles sont la règle plus que l'exception dans l'Univers. En général, l'une d'entre elles est plus massive que l'autre et évolue plus vite sur la séquence principale (le cheminement de la destinée d'une étoile sur le célèbre diagramme H-R). Ainsi, il n'est pas rare qu'une naine blanche ou une étoile à neutrons soit associée à une étoile n'ayant pas encore épuisé son carburant nucléaire. Lorsque cette dernière se met à enfler pour dépasser son lobe de Roche, ce qui est le cas lorsqu'elle devient une géante rougegéante rouge par exemple, les forces de maréeforces de marée de l'astreastre compact arrachent du gazgaz à cette dernière qui tombe en spiralant sur la naine blanche ou l'étoile à neutrons, formant un disque d'accrétiondisque d'accrétion.
Dans les deux cas, l'échauffement du gaz provoqué par frictionfriction dans le disque provoque l'émissionémission d'un rayonnement, dont une partie dans le domaine des X : on parle alors de binairebinaire à rayons Xrayons X. Toutefois, l'intensité du rayonnement émis par le disque n'est rien par rapport à ce qui se produit lorsque survient un sursautsursaut X. Dans ce cas, l'accumulation d'hydrogènehydrogène et d'héliumhélium à la surface de l'astre compact et leur grande vitessevitesse de chute échauffent considérablement ce gaz, jusqu'à des températures suffisantes pour enclencher des réactions de fusionfusion thermonucléaire, comme au cœur des étoiles.
Une explosion se produit alors sur toute la surface de l'étoile qui se met à briller fortement en rayons X. En 10 à 100 secondes, l'astre rayonne autant d'énergieénergie que le SoleilSoleil en une semaine !
Une simulation numérique d'un sursaut X. Crédit : Nasa
Un ralentissement annonciateur
Diego Altamirano et ses collègues ont étudié attentivement une telle binaire où se produisent des sursauts X. Il s'agit de 4U 1636-53, située à 20.000 années-lumièreannées-lumière et que l'on peut observer dans l'hémisphère sudhémisphère sud, quelque part entre les constellationsconstellations de l'Autel et de la Règle.
Grâce au satellite de la NasaNasa RXTE, ces astronomesastronomes ont commencé par observer, comme le prédisait la théorie, une émission continuelle mais peu intense de rayons X fluctuant régulièrement avec une période de 0,009 hertzhertz environ, soit un cycle d'à peu près deux minutes. Cette émission est produite par la fusion continuelle de l'hydrogène et de l'hélium en éléments plus lourds à la surface de l'étoile. Quand cette fusion s'emballe, le sursaut se produit et chaque centimètre carré de l'étoile est le lieu d'une explosion équivalente à celle de plusieurs centaines de bombes H d'une puissance d'une mégatonne. Pour mémoire, rappelons que la bombe d'Hiroshima (qui n'était pas une bombe H) ne dépassait pas les 20 kilotonnes.
La surprise est venue de la découverte d'un ralentissement de cette fréquencefréquence de pulsation du flux de rayons X juste avant l'occurrence d'un sursaut X. Les astrophysiciensastrophysiciens ont alors compris qu'ils disposaient là d'un indicateur naturel pour prédire quand l'explosion thermonucléaire allait se produire à la surface de 4U 1636-53. De longues périodes d'observations ont démontré que ce critère était parfaitement fiable.
Les chercheurs sont maintenant occupés à analyser fébrilement près de 50 binaires possédant une étoile à neutrons afin de vérifier si ce phénomène est universel.
En effet, la fréquence des oscillations du flux est directement reliée à la massemasse et à la taille de l'étoile à neutrons. Or, leur mesure laisse beaucoup incertitudes sur leurs valeurs. Une amélioration de la précision nous aiderait à mieux comprendre ce qui se passe à l'intérieur des étoiles à neutrons.
