Ecole doctorale de Physique de la région Parisienne (ED107)

astre
Terre
Soleil
naine blanche
étoile à neutrons
trou noir
stellaire
trou noir
massif
2.1 Naissance d’une étoile à neutrons 33
contrepoids
de la gravitation
masse M
[M⊙]
rayon R
[km]
densité ρ
[g.cm −3 forces électromag.
(struct. cristalline)
3 × 10
]
Compacité
C
−6 6 × 103 5 10−10 press. thermique
press. de radiation
1 7 × 105 1 10−6 press. de dégén.
des e− (Pauli)
interaction forte
entre les baryons 1 à ∼ 3 ∼ 10 1015 pas de
contrepoids
pas de
contrepoids
>∼ 3
∼ 10
>∼ 9 non définie
∼ 0.2
1
9 20 UA non définie 1
0.1 à 1.4 ∼ 10 4 ∼ 10 7 10 −4 à 10 −3
Tableau 2.1 – Caractéristiques typiques de divers objets astrophysiques dont leur compacité
C ∼ |Egrav|/Mc 2 ∼ Rs/R. Par convention, la compacité d’un trou noir, objet le plus relativiste qui soit,
est égale à 1. Pour rappel : M⊙ ∼ 2 × 10 30 kg.
bien plus importantes que celles rencontrées dans la matière qui nous entoure, il n’y a
pas encore eu de “grande” transition de phase. Il existe ainsi toujours des noyaux et des
électrons. En revanche, lorsque la matière a été condensée jusqu’aux densités atteintes en
moyenne dans les étoiles à neutrons, les noyaux ont commencé à perdre leur individualité,
à être brisés et une sorte de liquide neutronique est né. C’est pour cela que l’on dit parfois
que les étoiles à neutrons sont comme de gigantesques noyaux 1 .
Les trous noirs sont quant à eux le cas extrême, puisque la gravitation y a été plus
forte que tout. En outre, elle a été si efficace qu’il ne reste, a priori, de matière qu’en un
seul point de l’espace (la singularité centrale). Ce que l’on nomme trou noir est donc avant
tout un objet géométrique. Dans le cas le plus simple dit “de Schwarzschild” (trou noir
sans rotation ni charge électrique), ce n’est qu’une portion de l’espace-temps caractérisée
par l’existence d’une singularité métrique unidimensionnelle du genre temps et d’un rayon
de Schwarzschild. Il ne sera pas plus question des trous noirs ici.
2.1.3 Observation et pulsars
L’un des plus célèbres mythes concernant Landau est qu’il aurait eu l’idée de l’existence
d’étoiles très majoritairement constituées de neutrons le soir même où lui a été annoncée
la découverte de ces derniers par Chadwick (1932). Or, il semblerait qu’une fois encore
la réalité soit plus surprenante que la légende, puisque l’on pense maintenant que Landau
aurait en fait eu l’intuition de leur existence avant même la découverte de Chadwick
(Haensel 2002). Quoiqu’il en soit, cette prédiction et la théorie ont devancé de beaucoup
leur découverte observationnelle. En effet, dès 1934, Baade et Zwicky émirent (de manière
1 A la différence près qu’une étoile à neutrons possède, a priori, une charge électrique globale quelconque
et un cœur liquide généralement considéré comme neutre, alors qu’un noyau atomique a toujours une
charge électrique positive et ne contient pas d’électrons autres que virtuels.