66 - les magnetars ou la genese de la matiere

LES ARTICLES

Un magnétar est une étoile à neutrons disposant d'un champ magnétique hyper-puissant, qui émet des radiations électromagnétiques de haute énergie, comme les rayons X et gamma. Lorsqu'une supernova devient une étoile à neutrons, l'intensité de son champ magnétique croît. Duncan et Thompson calculèrent que celui-ci, normalement déjà de 10⁸ teslas, pouvait dépasser dans certaines conditions 10¹¹ teslas. Une telle étoile magnétique est alors nommée magnétar.

Des tensions provoquant des tremblements d'étoile se produisent parfois dans les couches externes des magnétars, CONSTITUEES DE PLASMA D'ELEMENTS LOURDS (PRINCIPALEMENT DE FER). Ces vibrations très énergétiques produisent des bouffées de rayons X et gamma. Une telle étoile est nommée soft gamma repeater (SGR), soit sursauteur gamma mou.

Les scientifiques ont pu démontrer par triangulation que la source de toute cette énergie, sorte de tsunami électromagnétique, est un objet unique situé à plusieurs dizaines de milliers d'années- lumières du système solaire, SGR 1806-20. De fait, cette source gamma, située vers le Centre Galactique dans la Constellation du Sagittaire, était déjà connue depuis plus d'une vingtaine d'années comme un "Soft Gamma Repeater ", acronyme anglo-saxon signifiant qu'il s'agit d'une source émettant de temps en temps des bouffées de rayonnement gamma de haute énergie, mais dont l'énergie par photon reste faible pour ce type de rayonnement (d'où le "soft" 1).

Or, l'étude de ce SGR par le passé a déjà permis de montrer qu'il s'agit d'une étoile qui, même en dehors des périodes de sursauts, émet un rayonnement X fort important. Ainsi, malgré l'apparente "platitude" du front d'onde dans le Système Solaire, tout porte à croire que l'énergie a été émise de manière quasi-isotrope, une sorte de sphère de rayonnement gamma, le flux étant presque le même dans toutes les directions. Si l'onde sphérique nous paraît plane, c'est uniquement car nous n'en discernons qu'une très faible partie, la source étant très éloignée de nous. Connaissant la distance qui nous sépare de la source et le flux qui nous parvient, on peut alors estimer l'énergie totale émise par cette étoile, et il s'avère qu'en moins d'une seconde elle a émis une énergie au moins supérieure à celle que le Soleil émet en 250 000 ans. Mais malgré le caractère surprenant de tous ces nombres, les astrophysiciens disposaient déjà de modèles théoriques à même de les expliquer et confortés par diverses observations. En effet, en 1992, deux astrophysiciens, Christopher Thompson et Robert Duncan, avaient proposé d'expliquer les SGRs à l'aide d'un nouveau type d'étoiles à neutrons dont le champ magnétique serait encore plus gigantesque que celui des étoiles à neutrons usuelles : les magnétars Or, leur modèle permet également d'expliquer des sursauts aussi intenses que celui du 27 Décembre.

Les étoiles à neutrons sont les résidus compacts issus de l'effondrement du coeur de fer des étoiles massives en fin de vie. Lorsque s'effondre ce coeur, la photodissociation des noyaux, les captures électroniques (réactions au cours desquelles un proton plus un électron donnent un neutron plus un neutrino), la conservation du moment angulaire et celle du flux magnétique donnent naissance à un objet chaud, dense, en rotation rapide et doté d'un très fort champ magnétique : une très jeune étoile à neutron. Une telle étoile est principalement composée de neutrons, protons, électrons et neutrinos, rassemblant une masse égale environ à 1,5 fois celle du Soleil dans un rayon d'une dizaine de kilomètres. Cette étoile à neutrons va très rapidement se refroidir, perdant en quelques secondes son contenu en neutrinos, sa surface devenant par ailleurs une sorte d'écorce rigide formée d'un réseau coulombien de noyaux, quelque chose de très analogue aux solides ordinaires. Mais avant que l'écorce ne se rigidifie, la haute température de l'étoile à neutrons implique l'existence de mouvements complexes du plasma qui la compose, des "mouvements convectifs", sortes de va-et-vients circulaires similaires à ceux observés dans de l'eau en train de bouillir.

Or, si l'étoile, qui peut faire plusieurs tours sur elle-même chaque seconde, est en rotation suffisamment rapide, la convection donne naissance à ce que l'on nomme "l'effet dynamo", dans lequel les déplacements des particules chargées du plasma génèrent un champ magnétique intense. Toutefois, Thompson et Duncan découvrirent qu'il était envisageable que, dans certaines étoiles à neutrons, l'effet dynamo ait le temps de générer des champs magnétiques 1000 fois plus intenses que ceux observés dans les étoiles à neutrons usuelles (via le phénomène de pulsar), c'est-à-dire jusqu'à 10¹⁶ G. Des champs aussi puissants impliqueraient l'existence de tensions énormes dans l'écorce de l'étoile à neutrons, ce qui résulterait régulièrement en des "tremblements d'étoiles à neutrons". Ces réorganisations locales de la matière se produiraient lorsque celle-ci cèderait sous l'effet du champ magnétique et chercherait à atteindre un état où l'énergie magnétique serait plus faible. Selon le modèle de Thompson et Duncan, de telles brusques secousses des jeunes étoiles à neutrons fortement magnétisées pourraient être à l'origine des sursauts gammas liés aux SGRs, une partie de l'énergie magnétique étant alors expulsée sous forme d'un intense rayonnement. Ainsi, ces sursauts gammas seraient très semblables aux éruptions solaires, phénomène qui comme les fameuses taches solaires, tire son origine de l'activité magnétique du Soleil et est observé sur Terre sous la forme d'aurores boréales.

En outre, Thompson et Duncan affirmèrent que les jeunes magnétars pouvaient également expliquer le phénomène des SGRs les plus intenses (tels celui du 27 Décembre 2004), encore une fois grâce à leur fort champ magnétique. L'idée est que les plus importants sursauts témoigneraient d'un brusque réarrangement global (et non plus local) de la structure magnétique de l'étoile, plusieurs noeuds du champ magnétique, fixés à l'écorce du magnétar, cédant soudain sous l'effet de la forte pression magnétique. Ce processus de réarrangement magnétique, connu sous le nom de "reconnexion magnétique", mènerait, par un changement de topologie du champ magnétique, à un état d'énergie magnétique moindre, le surplus étant alors éjecté sous la forme d'une gerbe très énergétique.

Cette hypothèse, qui fut d'abord accueillie avec scepticisme, semble d'autant plus en voie d'acceptation que l'on a effectivement observé divers phénomènes prédits par le modèle, en particulier au cours du sursaut du 27 Décembre. Or, cette deuxième partie du rayonnement présente une modulation très rapide et régulière qui s'explique très simplement dans le modèle des magnétars mais reste difficile à expliquer d'une autre manière : il ne s'agirait de rien de plus qu'un effet de la rotation de l'étoile à neutron sur elle-même. Cette caractéristique du modèle et du rayonnement des SGRs a été l'un des premiers grands arguments en faveur des magnétars lorsqu'en 1998, il a été montré que, hors époque de sursauts, la source SGR 1806-20 a une période de rotation identique au temps typique de modulation du rayonnement émis lors des sursauts.

De plus, le modèle de reconnexion magnétique dans les jeunes magnétars prédit l'existence de l'équivalent de l'éruption solaire pour la magnétar, c'est-à-dire l'éjection d'une "boule de feu" qui accompagne le rayonnement proprement dit. Cette "boule de feu" ne serait presque pas composée de matière, la seule contribution matérielle provenant de la matérialisation de photons sous la forme de paires électrons-positrons. Or, du fait du très intense champ magnétique, le modèle des magnétars prédit qu'un telle "boule de feu" devrait rester piégée dans les environs de l'étoile (comme dans une bouteille magnétique), jusqu'à évaporation de la boule après que les particules chargées, accélérées par le champ, ont rayonné toute leur énergie et se sont annihilées. Et justement, le rayonnement associé à un tel phénomène correspond bien à la "queue" observée après le pic principal, la durée de ce dernier (0,2 seconde pour l'événement du 27 Décembre 2004) étant par ailleurs en accord avec le temps nécessaire pour une reconnexion magnétique d'un champ de l'ordre de 10¹⁵ G. Qui plus est, cette autre prédiction du modèle semble avoir été confirmée par les observations qui suivirent le 27 décembre. En effet, l'observation continue de la "queue décroissante" du rayonnement a montré que cette part du rayonnement de SGR 1806-20 était en accord avec un modèle selon lequel une boule de feu, en expansion à environ un tiers de la vitesse de la lumière, de durée de vie finie et située dans un fort champ magnétique, serait responsable de cette seconde partie de l'émission électromagnétique. Mais étant donné la complexité du phénomène, il est probable que le débat est loin d'être clos même si l'existence des magnétars ne semble plus faire le moindre doute.

Le sursaut dont ont été témoins les nombreux détecteurs X et gamma restera donc un événement majeur de l'astrophysique du début du XXIème siècle. L'analyse des données récoltées permettra aux chercheurs de mieux contraindre et tester leurs modèles, et ils vérifieront ainsi leur compréhension d'objets astrophysiques aussi exotiques que les magnétars. Cependant, malgré le caractère aussi extraordinaire de ce sursaut gamma, le modèle des magnétars laisse suggérer que de tels événements seraient monnaie courante dans l'Univers.

COMMENTAIRES

Texte difficile et confus car le cadre interprétatif standard ne permet pas de comprendre la nature d’un magnétar. De fait, les théoriciens tentent de l’interpréter à l’aide du modèle « tarte à la crème » de l’étoile à neutrons dont nous ne cessons de dénoncer ici la radicale fausseté. Toute la difficulté sera d’expliquer comment une étoile d’une densité inouïe peut tout de même émettre des rayonnements intenses qui échapperaient à l’attraction du cœur de l’étoile. Il faut donc imaginer que sa surface n’est pas composée de neutrons mais :

« Sa surface devenant une sorte d'écorce rigide formée d'un réseau coulombien de noyaux, quelque chose de très analogue aux solides ordinaires…Mais avant que l'écorce ne se rigidifie, la haute température de l'étoile à neutrons implique l'existence de mouvements complexes du plasma qui la compose, de "mouvements convectifs". …c'est-à-dire l'éjection d'une "boule de feu" qui accompagne le rayonnement proprement dit…cette "boule de feu" ne serait presque pas composée de matière, la seule contribution matérielle provenant de la matérialisation de photons sous la forme de paires électrons-positrons….Les couches externes des magnétars, constituées de plasma d'éléments lourds (principalement de fer). »

Ainsi, on ne pourra jamais prouver qu’une étoile à neutrons est constituée de neutrons, puisque sa surface non rigide se compose d’un plasma de fer, d’une boule de feu, de noyaux etc…

Mais ce qui est intéressant avec ces analyses et observations c’est qu’elles correspondent très exactement à ce que nous avons nommé le « cœur photonique » d’une étoile naissante. Celui-ci se compose effectivement d’un plasma d’où sont issues les 3 particules fondamentales, de sorte que nous assistons avec un magnétar à une création véritable de matière. Ces particules sont émises à partir de la circonférence en rotation très rapide de l’étoile naissance. Ainsi : «  tout porte à croire que l'énergie a été émise de manière quasi-isotrope, une sorte de sphère de rayonnement gamma, le flux étant presque le même dans toutes les directions.

En définitive, il faut interpréter tout autrement la phénoménologie « exotique « du magnétar qui ne peut entrer dans le schéma classique des étoiles en fin de vie. Avec cet astre tout à fait exceptionnel nous disposons d’une manifestation permanente de la genèse de la matière et assistons véritablement à la naissance et au développement d’une étoile nouvelle surgie de la substance de l’espace.