Les étoiles à neutrons sont des résidus extraordinairement compacts et des astres extrêmement denses, produits par l'effondrement du cœur d'étoiles massives lorsque celles-ci ont épuisé leur combustible. Les magnétars, possèdent des champs magnétiques colossaux, près de mille fois plus intenses que ceux des étoiles à neutrons et émettent des bouffées de rayons X et gamma. Notre galaxie en abrite une trentaine. Pour quelles raisons certaines étoiles deviennent-elles des magnétars et non pas des étoiles à neutrons classiques ?
Des chercheurs du CEA-Irfu sont parvenus à simuler l'évolution du champ magnétique au cours des premières secondes après la formation d'un magnétar, en utilisant des modèles magnéto-hydrodynamiques dérivés de ceux décrivant le magnétisme du Soleil ou de la Terre. Une fois le cœur de fer de l'étoile effondré sur lui-même, celui-ci se refroidit en émettant massivement des neutrinos, ce qui crée des mouvements convectifs capables d'amplifier le champ magnétique (par « effet dynamo »). Si la rotation de l'étoile sur elle-même est assez rapide pour modifier l'équilibre des forces qui gouverne l'intensité du champ magnétique, celle-ci atteint des niveaux spectaculaires qui sont la signature des magnétars. Une vitesse de rotation élevée apparaît donc comme un ingrédient essentiel dans la formation d'un magnétar.
Représentation 3D des lignes de champ magnétique dans la zone convective à l’intérieur de l’étoile à neutrons. Les mouvements convectifs sont représentés par les surfaces bleues (correspondant à des mouvements vers l’intérieur) et rouge (vers l’extérieur). À gauche : Le nouveau type de dynamo qui apparaît pour des rotations rapides (périodes de quelques millisecondes) et dont le champ magnétique dipolaire atteint 1015 G. À droite : Pour des rotations plus lentes, le champ magnétique a une intensité jusqu’à dix fois plus faible. © Raphaël Raynaud
À la différence des théories alternatives, principalement celle de l'hypothèse du champ fossile, cette nouvelle approche offre un éclairage inédit sur les explosions d'étoiles massives mettant en jeu des énergies phénoménales, comme les supernovae « superlumineuses » ou les « hypernovae ». Elle relie en effet naturellement le champ magnétique et la vitesse de rotation extrêmes nécessaires pour expliquer le « moteur » des plus fortes explosions connues à ce jour.
Les calculs ont été réalisés sur le supercalculateur Occigen du Centre informatique national de l'enseignement supérieur (Cines).
Pour aller plus loin : http://irfu.cea.fr/dap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=fait_marquant&id_ast=4737