Des particules exotiques au cœur des magnétars
Les magnétars, étoiles à neutrons dotées d’un champ magnétique extrêmement puissant, sont des objets astrophysiques parmi les plus extrêmes de l’Univers. Leur champ magnétique, pouvant atteindre 10^11 teslas à la surface, influe non seulement sur leur composition, mais également sur leur rayon et leur évolution. En raison de la densité extrême qui règne dans ces astres, la matière y adopte une forme particulièrement exotique. Cependant, les modèles actuels qui décrivent cette matière sont encore perfectibles. Une étude récente menée par Kauan Marquez, de l’Université fédérale de Santa Catarina au Brésil, et ses collègues, a exploré l’impact de la présence de particules rares, les baryons delta, au sein des magnétars.
Une étoile massive, durant sa vie, consomme rapidement l’hydrogène et l’hélium qu’elle contient. L’énergie libérée par les réactions de fusion thermonucléaire génère une pression suffisante pour contrer la masse de l’astre. Lorsque le carburant s’épuise, l’étoile s’effondre en supernova, expulsant ses couches externes et formant une étoile à neutrons ou parfois un trou noir. Lors de cette formation, la vitesse de rotation et le champ magnétique de l’astre initial augmentent considérablement.
Traditionnellement, les modèles d’étoiles à neutrons n’ont pris en compte que les baryons liés au proton et au neutron, qui appartiennent à un groupe nommé « octet ». La recherche de Marquez et al. s’intéresse à l’effet du champ magnétique sur des baryons plus exotiques, notamment les baryons delta, qui ont un spin de 3/2 et appartiennent à un « décuplet ». Ces particules, légèrement plus lourdes que les protons et neutrons, présentent un « moment magnétique anomal » élevé, les rendant plus sensibles aux champs magnétiques.
Pour intégrer les baryons delta dans leur modèle, les chercheurs ont utilisé deux approches pour décrire la composition microscopique d’une étoile à neutrons. Dans certains cas, la proportion de baryons delta peut dépasser 10 % du contenu du cœur de l’astre. Toutefois, le champ magnétique déforme tellement l’astre qu’il complique l’utilisation des équations classiques issues de la relativité générale. Les chercheurs ont donc recours aux équations d’Einstein-Maxwell pour leurs calculs.
Les résultats de cette étude montrent que les magnétars contenant des baryons delta ont un rayon plus faible pour une masse donnée que ceux qui n’en contiennent pas. Ces simulations sont compatibles avec les contraintes observationnelles, et la masse de ces magnétars enrichis peut atteindre jusqu’à deux masses solaires. Ce résultat est significatif, car l’ajout de nouvelles particules aurait généralement tendance à diminuer la masse maximale atteignable, souvent en dessous de deux masses solaires.
Cette recherche constitue une avancée importante dans la compréhension des magnétars et de leur composition interne complexe.
Source : Pour la Science
