Magnetar, une étude propose une nouvelle théorie sur leur formation

Instantanés 3D des lignes de champ magnétique dans la zone convective à l’intérieur d’une étoile à neutrons nouveau-née : avec une rotation plus lente, le champ magnétique est jusqu’à dix fois plus faible (crédit : CEA Sacley)

Une étude publiée dans Les progrès de la science proposer une nouvelle théorie concernant la formation des magnétars, des étoiles à neutrons dont les champs magnétiques sont les plus forts jamais observés dans le cosmos et dont l’origine même reste controversée.
Le nouveau modèle développé par les scientifiques du CEA, de Saclay, de l’Institut Max Planck d’Astrophysique (MPA) et de l’Institut de Physique du Globe de Paris explique ces champs magnétiques gigantesques en amplifiant les champs faibles déjà existants lorsque des étoiles à neutrons à rotation très rapide naissent d’étoiles massives s’effondrant sur elles-mêmes.

Les étoiles à neutrons sont des objets très compacts qui peuvent contenir jusqu’à deux masses solaires dans un rayon d’environ 12 km. Les magnétars sont une sous-catégorie d’étoiles à neutrons caractérisée par une très forte émission de rayons X et de rayons gamma. Ces émissions sont liées à des champs magnétiques très forts.
On pense que les magnétars tournent très vite et ont un champ magnétique très fort, jusqu’à 1000 fois plus fort que les mêmes étoiles à neutrons qui ne plaisantent même pas en termes de champs magnétiques.

Une des théories voit la formation de champs magnétiques magnétiques à partir des étoiles mères. Ces champs, c’est-à-dire, seraient « déclenchés » par la magnétisation du noyau de fer avant l’effondrement.
Cependant, le problème avec cette théorie est que les champs magnétiques eux-mêmes ont tendance à ralentir la rotation du noyau stellaire.
« Cela ne nous permettrait pas d’expliquer les énormes énergies des explosions d’hypernova et des salves de rayons gamma de longue durée, où les étoiles à neutrons en rotation rapide ou les trous noirs en rotation rapide sont considérés comme les sources centrales des énormes énergies », explique H. -Thomas Janka, un des chercheurs de l’équipe qui a produit l’étude.

Dans les secondes qui suivent l’effondrement du noyau de l’étoile, l’étoile à neutrons naissante commence à se refroidir et à émettre des neutrinos. Ce processus produit alors de forts flux de masse internes, un peu comme le gargouillement de l’eau bouillante dans une casserole. Il s’agit de mouvements très violents de la matière qui, pour un « effet dynamo » dominant, peuvent renforcer le champ magnétique précédemment affaibli. Cet effet est, entre autres, également présent dans le noyau de fer liquide de la Terre ou dans l’enveloppe convective du Soleil.

Pour voir si une telle possibilité pouvait également être envisagée pour les étoiles à neutrons, les chercheurs se sont appuyés sur un superordinateur. Ils ont simulé ces phénomènes dans une étoile à neutrons nouveau-née, très chaude et tournant très vite.
Le modèle a montré que, grâce à l’effet dynamo, les champs magnétiques initialement affaiblis peuvent être renforcés et la rotation peut devenir plus rapide jusqu’à une période de moins de huit millisecondes environ.

« Nos modèles montrent que des périodes de rotation inférieures à environ 8 millisecondes permettent un processus de dynamo plus efficace qu’une rotation plus lente », explique Raphaël Raynaud du CEA, auteur principal de l’étude. « Les modèles à rotation lente ne montrent pas les champs énormes créés par cette forte dynamo ».