Un instrument d’observation spatiale pourrait bientôt lever le voile sur l’un des objets les plus énigmatiques de l’Univers : les étoiles à neutrons. Selon Numerama, le futur télescope Nancy-Grace-Roman de la NASA, dont le lancement est prévu dans les prochains mois, pourrait permettre d’en détecter des dizaines isolées dans la Voie lactée, grâce à une méthode indirecte encore peu exploitée.

Ce qu'il faut retenir

  • Le télescope Nancy-Grace-Roman pourrait repérer plusieurs dizaines d’étoiles à neutrons isolées dans notre galaxie, d’après une étude publiée dans Astronomy & Astrophysics.
  • Ces astres, théorisés il y a près d’un siècle, restent difficiles à observer en raison de leur faible luminosité et de leur petite taille.
  • La détection se fera via le phénomène de microlentilles gravitationnelles, permettant de mesurer la masse d’objets compacts comme les étoiles à neutrons.
  • L’instrument, initialement conçu pour l’étude des exoplanètes, pourrait ainsi apporter des réponses sur la frontière entre étoiles à neutrons et trous noirs.
  • Le télescope observera des millions d’étoiles simultanément, avec une précision inégalée pour repérer ces objets discrets.

Des astres nés de l’effondrement d’étoiles massives

Les étoiles à neutrons figurent parmi les objets les plus denses de l’Univers. Selon les modèles théoriques, ces astres se forment lors de l’explosion en supernova d’étoiles massives, ne laissant subsister qu’un cœur ultra-compact composé presque exclusivement de neutrons. Numerama rappelle que leur existence, prédite dès le début du XXe siècle, a été confirmée par l’observation des pulsars, ces étoiles à neutrons en rotation émettant des faisceaux électromagnétiques périodiques.

Pourtant, leur détection directe reste un défi. « Ces objets sont à la fois petits et peu lumineux, ce qui les rend extrêmement difficiles à observer », explique l’étude relayée par l’institut américain STSCI. Leur masse, en revanche, est colossale : « Une étoile à neutrons de la taille de Paris aurait une masse équivalente à deux fois celle du Soleil », souligne l’astrophysicien Jérôme Margueron, cité par Numerama.

Le phénomène de microlentilles gravitationnelles, clé de la détection

Plutôt que de tenter de capter leur lumière visible ou infrarouge – une méthode peu efficace pour des objets aussi discrets –, le télescope Nancy-Grace-Roman exploitera un principe issu de la relativité générale : les microlentilles gravitationnelles. Lorsqu’un objet massif, comme une étoile à neutrons, passe devant une étoile lointaine, sa gravité dévie la lumière de cette dernière, créant un effet de loupe temporaire.

Ce phénomène, prédit par Einstein, permet aux astronomes de déduire la masse et la distance de l’objet intermédiaire. « Le Roman sera capable de mesurer l’infime déviation de la lumière d’une étoile lointaine pour en déduire la masse de l’étoile à neutrons passée devant elle », précise Numerama. Une méthode déjà utilisée pour repérer des objets sombres comme les naines brunes ou les trous noirs, mais jamais encore appliquée à grande échelle pour les étoiles à neutrons.

Un outil conçu pour les exoplanètes, détourné pour la chasse aux étoiles à neutrons

Lancé à l’origine pour étudier les exoplanètes via la méthode des transits, le télescope Nancy-Grace-Roman pourrait donc élargir son champ d’action. Sa sensibilité et sa capacité à observer des millions d’étoiles simultanément en font un outil idéal pour traquer ces objets compacts. « Il sera capable de scruter les zones les plus denses de la Voie lactée bien plus rapidement que les autres instruments », indique Numerama.

Les simulations menées par les chercheurs, combinant des modèles de notre galaxie et des travaux préparatoires sur le télescope, confirment son potentiel. « Les capacités du Roman pourraient lui permettre de voir plusieurs dizaines d’étoiles à neutrons isolées », révèle l’étude publiée dans Astronomy & Astrophysics. Une avancée majeure, alors que ces astres ne sont actuellement détectés que de manière indirecte, via leur interaction avec d’autres objets célestes.

Vers une clarification de la frontière avec les trous noirs

L’un des enjeux scientifiques majeurs liés à ces observations concerne la distinction entre étoiles à neutrons et trous noirs. En théorie, une étoile massive en fin de vie peut s’effondrer en l’un ou l’autre de ces objets, selon sa masse initiale. Mais où se situe exactement la limite ? Les données recueillies par le télescope Roman pourraient aider à répondre à cette question.

« On ignore encore s’il existe une frontière claire entre une étoile qui deviendrait une étoile à neutrons ou un trou noir au moment de sa fin de vie », rappelle Numerama. En recensant un échantillon plus large d’étoiles à neutrons, les chercheurs espèrent affiner les modèles théoriques et mieux comprendre les mécanismes d’effondrement stellaire.

Et maintenant ?

Le lancement du télescope Nancy-Grace-Roman, prévu dans les prochains mois, marquera une étape décisive. Si ses capacités en microlentilles gravitationnelles sont confirmées, il pourrait non seulement enrichir notre connaissance des étoiles à neutrons, mais aussi ouvrir la voie à de nouvelles méthodes d’observation des objets compacts. Les premières données devraient être disponibles d’ici quelques années, une fois l’instrument opérationnel et calibré. Reste à voir si ces promesses se concrétiseront dans la pratique.

Au-delà des étoiles à neutrons, cet outil pourrait aussi contribuer à l’étude d’autres phénomènes, comme les naines brunes ou les trous noirs de faible masse. Une perspective qui dépasse largement le cadre initial de sa mission, mais qui illustre la polyvalence des grands instruments astronomiques modernes.

Une étoile à neutrons est le résidu ultra-dense d’une étoile massive ayant explosé en supernova. Elle est composée presque entièrement de neutrons, maintenus ensemble par une force gravitationnelle extrême. Son diamètre ne dépasse généralement pas 20 kilomètres, mais sa masse peut atteindre deux fois celle du Soleil.