Certaines étoiles massives en fin de vie voient leur cœur se contracter violemment tandis que leurs couches périphériques sont expulsées lors d'une gigantesque explosion (supernova gravitationnelle, hypernova ou supernova super-lumineuse). Elles se transforment alors en étoiles à neutrons, concentrant une à deux masses solaires dans une sphère d'une douzaine de kilomètres de diamètre. Or certaines d'entre elles, appelées magnétars, se distinguent des autres par un champ magnétique mille fois plus intense et des émissions transitoires de rayons X et gamma, attribuées à la dissipation de ces champs extrêmes.

Comment acquièrent-elles ces champs magnétiques hors norme ?

Au cours des premières secondes qui suivent l'effondrement de leur cœur, les étoiles à neutrons nouvellement formées « se refroidissent » par une émission intense de neutrinos. Ce refroidissement engendre des mouvements convectifs qui, couplés aux instabilités dues à une rotation différentielle du fluide, concourent à amplifier très efficacement le champ magnétique de l'étoile (effet « dynamo »).

Des chercheurs de l'Irfu ont montré que ces effets peuvent produire les champs magnétiques intenses des magnétars et les explosions extrêmes qui leur sont associées, sous réserve que le cœur de l'étoile soit en rotation rapide. Cependant, cette condition étant rarement  remplie, ce modèle ne permet pas de rendre compte de la population de magnétars observée (Lire Une nouvelle théorie pour la formation des magnétars).

Une retombée asymétrique de matière stellaire

Pour renforcer ce modèle, des astrophysiciens de l'Irfu et du Max Planck Institute for Gravitational Physics ont proposé un scénario complémentaire. Lors de l'explosion de l'étoile, une partie de la matière éjectée reste liée gravitationnellement à l'étoile à neutrons en formation et finit par retomber à sa surface de manière asymétrique. Ce phénomène accélère la rotation de la surface de la proto-étoile à neutrons. Cette rotation différentielle entre centre et surface favorise un effet dynamo encore jamais été étudié dans ce cadre : la dynamo de Tayler-Spruit.

Dans une précédente étude, les scientifiques avaient montré que la retombée d'une fraction de la matière expulsée environ 10 secondes après le début de l'explosion peut participer à la formation des magnétars.

Ils confirment aujourd'hui ce résultat par des simulations numériques tridimensionnelles qui reproduisent le dipôle magnétique de 10¹⁴ gauss observé dans les magnétars, et démontrent l'existence de la dynamo de Tayler-Spruit. À ce résultat de premier plan, s'ajoute la découverte de deux variétés de dynamo de Tayler-Spruit – l'une confinée dans un hémisphère et l'autre, à symétrie dipolaire par rapport à l'équateur – ce qui n'était pas prédit par la théorie.

Ces résultats devraient éclairer d'autres questions de physique stellaire, comme le transport de moment cinétique à l'origine du ralentissement de la rotation du cœur des étoiles.