Evolution des étoiles à neutron.

[papy-alain]

Bonjour à tous et merci par avance aux futurs intervenants sur ce topic.

Les étoiles à neutrons que l'on connaît le mieux ont pour la plupart une masse d'environ 1,4 MS et un rayon approximatif d'une dizaine de kilomètres (je dis approximatif car il est extrêmement compliqué de de le mesurer, et on doit se contenter d'approximations).
Pour une telle masse, ce rayon est donc supérieur à son RS, qui est de l'ordre de 4 km.
Mais si une étoile à neutrons évolue dans un endroit de sa galaxie riche en gaz, poussières et autres corps divers, elle va accréter au fil du temps de plus en plus de matière et voir sa masse augmenter. Si elle finit par doubler son rayon, elle va multiplier sa masse par 8 et va donc se transformer en TN, puisqu'elle aura alors un rayon de 20 km pour un RS d'environ 32 km.
Mais un moment critique m'intéresse dans cette évolution : l'instant précis où l'horizon se referme. Ce corps qui, jusque là, mesurait 10 ou 15 km de rayon, va se retrouver en une seconde relégué au statut de TN. Selon la théorie, toute la masse du TN est concentrée en un point infinitésimal. On a donc le scénario d'un corps, déjà incroyablement dense, dont la matière va s'effondrer dans des proportions vertigineuses simplement parce qu'il a changé de statut. Franchement, vous y croyez ? Pensez vous réellement que quand le RS coïncide avec son rayon, à un chouia près, qu'il suffit d'un petit caillou en plus pour que, brutalement, tout s'effondre ?
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[Deedee81]

Salut,

Pensez vous réellement que quand le RS coïncide avec son rayon, à un chouia près, qu'il suffit d'un petit caillou en plus pour que, brutalement, tout s'effondre ?

Oui

Mais en fait, ça se produit différemment.

D'une part, pour accréter suffisamment de matière, faut déjà y aller. C'est pas les nuages de gaz qui vont aider (ils sont plus vide que le vide de laboratoire, même si dans les télescopes ils sont opaques !!!!)

Par contre, il n'est pas rare qu'une étoile à neutrons (ou une naine) absorbe la matière d'une voisine (une géante rouge qui a la malchance de voir son enveloppe gonfler et se rapprocher de sa voisine gloutonne ).

Ensuite, l'effondrement se produit avant la formation de l'horizon. Dès que l'énergie nucléaire n'est plus suffisamment forte pour empêcher cet effondrement. Le passage de l'horizon est juste un non retour définitif. http://fr.wikipedia.org/wiki/Limite_Oppenheimer-Volkoff (désolé l'article est maigre => voir en anglais ou .... ailleurs).

Enfin, cette accumulation de matière est loin d'être tranquille. C'est comme jeter de l'eau sur une plaque brulante. Ca provoque des sursauts, des explosions, des projections de matière, de rayons X (voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Binaire_X). Et ça peut même faire un boum définitif (qui forme une nouvelle étoile à neutrons ou un TN, ce sont les supernova de type I http://fr.wikipedia.org/wiki/Superno...nucl%C3%A9aire).

[papy-alain]

Bonjour Deedee, merci pour les sources.

Pour l'effet Oppenheimer-Volkoff, l'article de Wiki est succinct, pas très explicite. L'effondrement a donc lieu à partir de 3,3 MS. A-t-on déjà observé ce phénomène ? Je suppose que ce sont les neutrons qui s'effondrent, et il reste alors une soupe de quarks, non ? La théorie envisage-t-elle une étape supplémentaire, qui serait l'effondrement des quarks eux-même ?

[invite80fcb52e]

Et ça peut même faire un boum définitif (qui forme une nouvelle étoile à neutrons ou un TN, ce sont les supernova de type I http://fr.wikipedia.org/wiki/Superno...nucl%C3%A9aire).

Une naine blanche peut faire une supernova thermonucléaire, mais ça ne devient pas un TN ou une étoile à neutron, toute la matière est consummée.
Une étoile à neutrons ne fait pas de supernova mais est plutôt à l'origine de sursauts gamma.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Pour l'effet Oppenheimer-Volkoff, l'article de Wiki est succinct, pas très explicite.

Oui, comme je disais, faut certainement aller voir ailleurs.

L'effondrement a donc lieu à partir de 3,3 MS. A-t-on déjà observé ce phénomène ?

Indirectement : on ne trouve pas d'étoiles à neutrons de plus de 3.3 MS.

Mais l'effondrement, non. Comme je disais, habituellement ça fait plutôt boum ! Et évidemment, il est difficile de vérifier si le résidu est un TN (faut attendre longtemps que le "ciel" se dégage et les TN sont difficiles à détecter).

Il y a plus de chance avec la coalescence de deux étoiles à neutrons. On a des indices via les sursauts gamma mais ça reste difficile. C'est probablement pour les prochaines années.

Je suppose que ce sont les neutrons qui s'effondrent, et il reste alors une soupe de quarks, non ? La théorie envisage-t-elle une étape supplémentaire, qui serait l'effondrement des quarks eux-même ?

L'effondrement c'est l'étoile. La force de répulsion (partiellement la force de Fermi dû à la dénérescence et le fait que ce sont des fermions, comme pour les naines blanches, mais surtout l'interaction forte) n'est plus suffisante pour arrêter cela.

Effectivement, il doit y avoir un passage par les quarks (soupe). Transitoire ? On spécule l'existence "d'étoiles étranges" plus compactes que les étoiles à neutrons. http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89toile_%C3%A9trange On n'a pas encore pu en découvrir (ou distinguer d'une étoile à neutrons). Leur nom vient du quark étrange nécessaire pour que l'édifice soit stable.

Au-delà, en tout cas, plus rien de connu ne peut empêcher l'effondrement.

Evidemment, on peut toujours imaginé quelque chose de plus fort mais il y a une limite (c'est la masse / rayon du TN). Une fois l'horizon formé la contraction devient inéluctable. Si on a une matière très résistante, la force de compression augmente, augmente, augmente indéfiniment et ça fini par craquer et continuer à s'effondrer (le détail de l'effondrement dépend de l'équation d'état de la matière, c'est bien expliqué dans le livre Gravitation de MTW, parfois très mal connue dans ce domaine. Mais quelle que soit l'équation d'état, une fois l'horizon formé, c'est la fin des haricots). Il y a même un effet pervers dont il faut tenir compte dans les calculs, c'est important pour calculer une limite comme celle de OV. Plus le matériau résiste, plus l'énergie potentielle augmente et cette énergie contribue à augmenter la gravité. Vu les énergies en jeu, c'est loin, très loin d'être négligeable. Les TN c'est de l'art martial : profiter de la force de l'adversaire

[invite80fcb52e]

Pour l'effet Oppenheimer-Volkoff, l'article de Wiki est succinct, pas très explicite.

Regarde en anglais c'est mieux. D'un côté la limite donnée par Oppenheimer-Volkoff à l'époque était de 0,7 Ms en prenant la pression de dégénérescence des neutrons. On sait aujourd'hui que c'est faux et que c'est pression de l'interaction forte neutron neutron qui assure la stabilité, dans ce cas la masse maximale dépend fortement de l'équation d'état, et pour les cas réalistes on a une masse max entre 1,5 et 3 Ms. En poussant dans des choses plus exotiques et avec rotation max et tout on peut arriver à beaucoup plus (5-7 Ms).

L'effondrement a donc lieu à partir de 3,3 MS. A-t-on déjà observé ce phénomène ?

Je sais pas d'où sorts ce 3,3 de wiki francais. L'étoile à neutron la plus massive observée c'est autour de 2 Ms.

[Deedee81]

Merci des précisions.

Je sais pas d'où sorts ce 3,3 de wiki francais. L'étoile à neutron la plus massive observée c'est autour de 2 Ms.

Sans doute de la deuxième référence indiquée.

[papy-alain]

Peu importe les limites exactes, pour moi, c'est le principe qui compte. Mais ce qui m'interpelle le plus, c'est cet effondrement sans limite qui conduit à la singularité du TN. Je sais qu'on en a déjà discuté il y a quelque temps, mais il y a bien quelque part un état fondamental de la matière, une particule réellement élémentaire au-delà duquel plus aucun effondrement n'est possible, non ?

[Deedee81]

Je sais qu'on en a déjà discuté il y a quelque temps, mais il y a bien quelque part un état fondamental de la matière, une particule réellement élémentaire au-delà duquel plus aucun effondrement n'est possible, non ?

Ca dépend où tu mets la limite.

Si tu parles d'un état macroscopique (un matériau de nature quelconque), alors, non. Pas de limite puisque sous l'horizon la force de compression du matériau va croitre indéfiniment.

Il faudrait un matériau infiniment résistant.

Si tu parles au niveau microscopique (ou probablement le cas ci-dessus mais vraiment ultra extrême, avec des densité d'énergie défiant l'imagination. C'est le cas du début du big bang pour un univers infini) alors les théories actuelles ne peuvent rien dire :

- La RG ne donne pas de limite mais au niveau du mur de Planck on a toute les raisons de croire qu'elle est invalide à cause des effets quantiques.
- La théorie quantique des champs ne donne pas de limite (les particules y sont ponctuelles !) mais rebelote près du mur de Planck à cause de la gravitation cette fois.
- Les théories applicables dans ce domaine ne sont pas (encore) validée et il suffit pratiquement de prendre la théorie ad hoc pour obtenir le résultat qu'on a envie d'avoir

Bref, il est impossible de répondre en l'état actuel des choses. La théorie ne peut aider et à moins que tu n'aies dans ton garage un collisionneur des milliards de milliards de fois plus puissants que le LHC...... Même s'il est assez plausible que la limite soit grosso modo la longueur de Planck. Mais plausible et physique sont deux choses différentes. La nature est trop surprenante pour se contenter du plausible

[papy-alain]

La nature est trop surprenante pour se contenter du plausible

En effet. Mais penses tu qu'on puisse obtenir des réponses à ce genre de questionnement si un jour la gravité quantique à boucles ou la théorie des cordes pouvait s'établir d'une manière robuste ?

[Deedee81]

En effet. Mais penses tu qu'on puisse obtenir des réponses à ce genre de questionnement si un jour la gravité quantique à boucles ou la théorie des cordes pouvait s'établir d'une manière robuste ?

Oui, j'en suis certain.

Et on aura aussi des bonnes infos par l'observation. On est sur le point (d'ici quelques années, voir le dossier récent sur les TN, La recherche ou PLS) de voir directement les TN (le disque plus ou moins déformé se détachant sur le disque d'accrétion et le fond lumineux). J'en ai parlé dans un autre fil. Ca apportera énormément d'information sur la validité de la RG dans ces conditions extrêmes et sur les propriétés de la matière sinon au centre du TN en tout cas dans les conditions extrêmes près de l'horizon.

[papy-alain]

OK. Merci, Deedee, et bonne journée.