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Lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision, le résultat n'est pas systématiquement un trou noir. De nouvelles simulations réalisées sur des supercalculateurs indiquent que certaines fusions peuvent produire des champs magnétiques extrêmement puissants, caractéristiques des magnétars, en seulement quelques millisecondes.

Ces objets célestes rares se distinguent par des champs magnétiques environ mille fois plus intenses que ceux des étoiles à neutrons ordinaires. Ils sont liés à des sursauts radiatifs violents, incluant les répétiteurs gamma mous, et pourraient être à l'origine de certains sursauts radio rapides.

Modélisation précise de la fusion stellaire

Les chercheurs ont utilisé le supercalculateur FUGAKU au Japon pour modéliser la collision de deux étoiles à neutrons, chacune ayant une masse équivalente à 1,35 fois celle du Soleil. La résolution spatiale atteinte était de 6,25 mètres, permettant de suivre la turbulence à petite échelle et son impact sur les champs magnétiques durant la fusion.

Les étoiles initiales possédaient des champs magnétiques d'environ 3,16 billions de gauss, ce qui correspond aux valeurs supérieures observées dans les pulsars binaires. La collision a généré des champs atteignant approximativement 10 quadrillions de gauss dans certaines zones du résidu, avec des régions localisées encore plus intenses.

L'étude explique que « l'instabilité de Kelvin-Helmholtz, qui apparaît lorsque les deux étoiles à neutrons se touchent, amplifie le champ magnétique jusqu'à une énergie électromagnétique de saturation attendue d'environ 10⁵⁰ erg dans les 3 ms suivant la fusion ».

Rôle de la turbulence dans l'amplification

L'instabilité de Kelvin-Helmholtz se développe quand des couches adjacentes de fluide se déplacent à des vitesses différentes. Durant la fusion, les écarts considérables de mouvement fluidique créent une turbulence qui étire et renforce les lignes de champ magnétique.

Au début, l'amplification maximale se produit à très petite échelle. Le champ turbulent influence ensuite progressivement des régions plus vastes de l'étoile fusionnée, portant l'amplification magnétique à l'échelle stellaire. Les auteurs notent que cette instabilité « induit une amplification du champ magnétique à l'échelle stellaire d'au moins un facteur 316 ».

Environ cinq millisecondes après la collision, le champ simulé est passé de 3,16 billions de gauss à près d'un quadrillion de gauss, atteignant ainsi l'intensité typique d'un magnétar. Comme le formulent les chercheurs, « c'est-à-dire qu'un magnétar naît ».

Perspectives de survie et limites du modèle

Bien que la simulation ait produit des champs de force magnétar, les scientifiques soulignent que les incertitudes concernant la turbulence et la dissipation magnétique aux échelles microscopiques pourraient influencer les estimations d'amplification.

Dans une extrapolation vers des conditions plus réalistes, le champ à l'échelle stellaire pourrait être surestimé d'un facteur 10. Même sous cette hypothèse, le champ résultant avoisinerait toujours les 100 billions de gauss.

La structure magnétique est restée concentrée près du plan équatorial du résidu, sans former le champ polaire organisé nécessaire à l'émission de jets relativistes. Des processus supplémentaires, notamment l'instabilité magnéto-rotationnelle, seraient requis pour développer cette configuration.

Les résultats suggèrent que « la formation d'un magnétar pourrait être inévitable lors des fusions d'étoiles à neutrons binaires, au moins temporairement après la fusion, sauf si elle s'effondre rapidement en trou noir ».

Les calculs ne couvrent que les premiers instants post-collision. Des simulations plus longues seront nécessaires pour déterminer l'évolution future de ces champs, leur rôle potentiel dans les sursauts énergétiques et la durée de vie de l'étoile à neutrons avant un éventuel effondrement gravitationnel.