Ecole doctorale de Physique de la région Parisienne (ED107)

38 Etoiles à neutrons
Sutherland (équation BPS). Pour une discussion plus récente, consulter Haensel &
Pichon (1994).
- Une enveloppe interne (4×10 11 g.cm −3 ρ 2×10 14 g.cm −3 ), de plusieurs kilomètres
d’épaisseur. Elle est constituée de noyaux très riches en neutrons, d’électrons (toujours
dégénérés et relativistes) et de neutrons libres. Comme le montre la figure 2.5,
lorsque la densité augmente (suite aux captures électroniques), en plus de s’enrichir
en neutrons, les noyaux et le liquide neutronique changent de topologie. En effet,
l’augmentation du nombre moyen de neutrons que contiennent les noyaux s’accompagne
de l’augmentation de leur volume et de leur surface. Or, une forte proportion
de leur énergie est de l’énergie surfacique, et il devient finalement préférable pour
minimiser l’énergie libre 1 de faire des bulles de vide dans un liquide de noyaux. Vide
désigne ici le liquide de Fermi neutronique [voir Lamb et al. (1978)]. Cette transition
se fait par apparitions successives de différents types de pâtes. On a ainsi des
spaghetti (tubes de noyaux dans un liquide de neutrons), des lasagnes (plans alternés
de matière nucléaire et de liquide de neutrons) puis des anti-spaghetti (tubes
de neutrons dans un continuum de matière nucléaire) avant d’arriver aux bulles de
neutrons dans un liquide de noyaux [voir Lorenz et al. (1993)]. Finalement, lorsque
la densité croît encore, survient un moment où les densités de neutrons interne et
externe aux noyaux sont égales. Le continuum de noyaux cesse alors d’exister et
commence le coeur, formé d’un liquide de neutrons et de protons, ainsi que d’un gaz
d’électrons. Il faut cependant noter de plus que dès l’enveloppe interne, les neutrons
présents peuvent être superfluides. Ce point sera discuté plus précisément dans la
section 2.2.4.
- Un noyau (ou cœur) externe (2 × 10 14 g.cm −3 ρ 5 × 10 14 g.cm −3 ) mesurant lui
aussi plusieurs kilomètres d’épaisseur. Il est constitué de liquides de Fermi dégénérés
de neutrons et de protons 2 (non-idéaux et non-relativistes), ainsi que d’un gaz de
Fermi dégénéré (parfait et ultrarelativiste) d’électrons. Cet ensemble est nommé
matière npe et résiste à la gravitation principalement grâce à l’interaction forte
répulsive à courtes distances. Suivant les modèles et la température, les protons
peuvent être par endroit superconducteurs et les neutrons superfluides (voir la section
2.2.4). De plus, si le potentiel chimique des électrons est supérieur à l’énergie
de masse des muons, quelques muons sont présents.
- Un noyau (ou cœur) interne (5×10 14 g.cm −3 ρ) complètement hypothétique dans
lequel la matière subirait une autre transition de phase [voir Glendenning (2001)].
Son existence dépend de la densité centrale de l’étoile, et donc de la masse initiale du
progéniteur. Ce noyau interne pourrait faire jusqu’à plusieurs kilomètres de rayon et
atteindre des densités de l’ordre de plusieurs fois 10 15 g.cm −3 . Les équations d’état
à de telles densités sont assez mal connues et il y a presque autant de compositions
envisagées que de chercheurs travaillant sur le domaine. Pour n’en citer que quelques
unes et en commençant par la moins exotique, on a :
1 à température et volume donnés donc.
2 Une fraction de quelques pour cent au maximum.