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| Qu'est-ce qui alimente notre Soleil et les autres étoiles ? | Volume 11 - No. 3 — Table des matières | Renouvellement de la recherche de l'étoile à neutrons |
¶ Résumé
Avant les années 1960, la réponse de tout astrophysicien lisant la citation de la page 464 des Cahiers d’Urantia donnée ci-dessous aurait probablement été : « Qui a écrit ces bêtises. »
Ces « minuscules particules dépourvues de potentiel électrique » ont été postulées pour la première fois au début des années 1930 par Wolfgang Pauli comme une réponse possible à une source d’énergie manquante lors de la désintégration bêta radioactive des atomes. (Pauli s’est immédiatement excusé d’avoir spéculé sur quelque chose qu’il croyait ne jamais pouvoir être prouvé.) Cependant, cette citation de la page 464 s’est avérée être une description précise d’un processus impliquant les petites particules de Pauli qui a mis près de 30 ans à être confirmé.
Une étoile comme notre Soleil ne parvient pas à s’effondrer sous l’effet de la gravité en raison d’une contre-pression égale et opposée générée par les réactions nucléaires en son cœur. Le principal facteur empêchant l’effondrement est la lenteur avec laquelle l’énergie lumineuse est conduite vers l’extérieur – environ un million d’années. L’importance des « minuscules particules dépourvues de propriétés » de Pauli est que, même à l’intérieur du soleil, elles se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière dans le vide. Et s’ils sont générés « en grandes quantités », ils doivent avoir le potentiel d’éliminer cette contre-pression et d’assurer l’effondrement de l’étoile.
Pendant de nombreuses années, de nombreuses incertitudes sont restées quant à la formation des étoiles à neutrons. Heureusement, en 1987, notre galaxie compagne, les Nuages de Magellan, a clarifié les choses en accueillant une explosion de supernova, suivie d’une pluie de neutrinos enregistrée par les énormes détecteurs de neutrinos construits à Kamiokande au Japon.
¶ Contenu
« Dans les grands soleils — petites nébuleuses sphériques — lorsque l’hydrogène est épuisé et que la contraction gravitationnelle s’ensuit, si un tel corps n’est pas assez opaque pour retenir la pression intérieure qui soutient les régions gazeuses extérieures, alors un effondrement subit se produit. Les changements électrogravitationnels donnent naissance à d’immenses quantités de minuscules particules dépourvues de potentiel électrique, et celles-ci s’échappent promptement de l’intérieur du soleil, ce qui amène en quelques jours l’effondrement d’un soleil gigantesque. » (LU 41:8.3)
En 1934, aucune petite particule dénuée de potentiel électrique, susceptible de s’échapper facilement de l’intérieur d’une étoile en train de s’effondrer, n’existait. En fait, la réalité de telles particules n’a été confirmée qu’en 1956, un an après la publication du Livre d’Urantia. L’existence de particules susceptibles d’avoir de telles propriétés avait été suggérée par Wolfgang Pauli en 1932, car des études sur la désintégration bêta radioactive des atomes avaient indiqué qu’un neutron pouvait se désintégrer en un proton et un électron, mais des mesures avaient montré que la désintégration bêta des atomes avait montré qu’un neutron pouvait se désintégrer en un proton et un électron. L’énergie de masse combinée de l’électron et du proton ne correspondait pas à celle du neutron. Pour expliquer l’énergie manquante, Pauli a suggéré qu’une petite particule neutre avait été émise, puis, le même jour, alors qu’il déjeunait avec l’éminent astrophysicien Walter Baade, Pauli a déclaré qu’il avait fait la pire chose qu’un physicien théoricien puisse faire, il avait proposé une particule qui ne pourrait jamais être découverte car elle n’avait aucune propriété. Peu de temps après, le grand Enrico Fermi reprit l’idée de Pauli et tenta de publier un article sur le sujet dans la prestigieuse revue scientifique Nature. Les éditeurs ont rejeté l’article de Fermi au motif qu’il était trop spéculatif.
Une chose intéressante à noter est la déclaration du Livre d’Urantia selon laquelle de minuscules particules dépourvues de potentiel électrique seraient libérées en grandes quantités lors de l’effondrement de l’étoile. Si, avant 1960 environ, un auteur autre qu’un physicien des particules expérimenté avait prophétisé sur la formation d’une étoile à neutrons (une proposition extrêmement spéculative de Zwicky et Baade au début des années 1930), alors cet auteur aurait sûrement pensé au renversement. de désintégration bêta dans laquelle un proton, un électron et la petite particule neutre de Pauli seraient serrés ensemble pour former un neutron.
La désintégration bêta radioactive peut s’écrire :
neutron ⟶ proton + électron + LNP
où LNP signifie petite particule neutre.
L’inverse devrait donc être :
LNP + électron + proton ⟶ neutron
Pour que cela se produise, un électron et un proton doivent être comprimés pour former un neutron, mais ils devraient d’une manière ou d’une autre ajouter une petite particule neutre afin de compenser l’énergie de masse manquante. Ainsi, en termes de concepts scientifiques spéculatifs disponibles en 1934, le Livre d’Urantia semble avoir remis les choses au premier plan, il a prédit une vaste libération de LNP, alors que l’inversion de la désintégration radioactive bêta semblerait exiger la disparition des LNP.
L’idée d’une étoile à neutrons était considérée comme hautement spéculative jusqu’en 1967. La plupart des astronomes pensaient que les étoiles de taille moyenne, comme notre Soleil, jusqu’aux étoiles très massives, terminaient leur vie comme des naines blanches. Les propriétés théoriques des étoiles à neutrons étaient tout simplement trop absurdes ; par exemple, un dé à coudre plein pèserait environ 100 millions de tonnes. Une proposition alternative privilégiée était que les grandes étoiles élimineraient leur masse excédentaire un morceau à la fois jusqu’à ce qu’elles descendent en dessous de la limite de Chandrasekhar de 1,4 masse solaire, lorsqu’elles pourraient se retirer en tant que naines blanches respectables. Ce processus n’a pas entraîné la libération de grandes quantités de minuscules particules dépourvues de potentiel électrique qui accompagnent l’effondrement des étoiles, comme décrit dans la citation citée du Livre d’Urantia.
L’acceptation de l’existence des étoiles à neutrons a gagné lentement du terrain avec les découvertes accompagnant le développement de la radioastronomie et de la radioastronomie. La nébuleuse du Crabe a joué un rôle central lorsque des idées à son sujet ont émergé dans les années 1950-1960. Observée à l’origine comme une explosion dans le ciel par des astronomes chinois en 1054, l’intérêt pour la nébuleuse du Crabe s’est accru lorsque, en 1958, Walter Baade a rapporté des observations visuelles suggérant des ondulations mobiles dans sa nébulosité. Lorsque des appareils électroniques sensibles ont remplacé la plaque photographique comme moyen de détection, la fréquence d’oscillation de ce que l’on pensait être une étoile naine blanche au centre de la nébuleuse du Crabe s’est avérée être d’environ 30 fois par seconde.
Pour une étoile naine blanche d’un diamètre de l’ordre de 1 000 km, une vitesse de rotation ne serait-ce qu’une fois par seconde entraînerait sa désintégration en raison des forces centrifuges. Par conséquent, cette période de pulsation remarquablement courte impliquait que l’objet responsable des variations de lumière devait être beaucoup plus petit qu’une naine blanche, et le seul prétendant possible à de telles propriétés semblait être une étoile à neutrons. L’acceptation finale est venue avec des images du centre de la nébuleuse du Crabe renvoyées vers la Terre par l’observatoire à rayons X en orbite d’Einstein en 1967. Celles-ci ont confirmé et amplifié les preuves obtenues par des observations antérieures faites à la fois avec des télescopes optiques et des radiotélescopes.
L’inversion de la désintégration bêta, comme décrit dans (2) ci-dessus, implique une triple collision, un événement extrêmement improbable, à moins que deux des composants ne se combinent dans un état méta-stable – un fait qui n’est probablement pas évident pour un non-expert. observateur, ce qui indique également que le ou les auteurs de l’Étude Urantia étaient hautement compétents dans ce domaine.
L’évolution probable de l’effondrement des étoiles massives n’a été élucidée que depuis l’avènement des ordinateurs rapides. Ces étoiles commencent leur vie composées principalement d’hydrogène gazeux qui brûle pour former de l’hélium. L’énergie nucléaire ainsi libérée retient l’envie gravitationnelle d’effondrement. Une fois l’hydrogène contenu dans le noyau central épuisé, le noyau commence à rétrécir et à chauffer, provoquant l’expansion des couches externes. Avec l’augmentation de la température dans le noyau, l’hélium fusionne pour donner du carbone et de l’oxygène, tandis que l’hydrogène autour du noyau continue de produire de l’hélium. À ce stade, l’étoile s’agrandit pour devenir une géante rouge.
Après l’épuisement de l’hélium au cœur, la contraction gravitationnelle se produit à nouveau et l’augmentation de la température permet au carbone de brûler pour produire du néon, du sodium et du magnésium, après quoi l’étoile commence à rétrécir pour devenir une géante bleue. La combustion du néon et de l’oxygène suit. Enfin, le silicium et le soufre, produits issus de la combustion de l’oxygène, s’enflamment pour produire du fer. Les noyaux de fer ne peuvent pas libérer d’énergie en fusionnant, donc avec l’épuisement de leur source de combustible, le four au centre de l’étoile s’éteint. Rien ne peut désormais ralentir l’assaut de l’effondrement gravitationnel, et lorsque le noyau de fer atteint une masse critique de 1,4 fois la masse de notre soleil et que le diamètre de l’étoile est désormais environ la moitié de celui de la terre, le sort de l’étoile est scellé.
En quelques dixièmes de seconde, la boule de fer s’effondre sur environ 50 kilomètres de diamètre, puis l’effondrement est stoppé lorsque sa densité se rapproche de celle du noyau atomique et que les protons et les neutrons ne peuvent plus être comprimés. L’arrêt de l’effondrement renvoie une formidable onde de choc à travers la région externe du noyau.
La lumière que nous voyons de notre soleil provient uniquement de sa couche superficielle externe. Cependant, l’énergie qui alimente la lumière du soleil (et la vie sur Terre) provient du four thermonucléaire chaud et dense situé au cœur du Soleil. Bien que la lumière du soleil ne mette qu’environ huit minutes pour se déplacer du soleil à la terre, l’énergie du noyau solaire qui donne naissance à cette lumière solaire met environ un million d’années à se diffuser du noyau à la surface. En d’autres termes, un soleil (ou une étoile) est relativement « opaque » à l’énergie diffusée de son noyau thermonucléaire vers sa surface, il fournit donc la pression nécessaire pour empêcher l’effondrement gravitationnel. Mais cela n’est pas vrai pour les hypothétiques « petites particules neutres » de Pauli, supposées exister depuis le début des années 1930 et connues sous le nom de neutrinos. Ces particules sont si petites et peu réactives que leur passage du noyau de notre soleil vers son extérieur ne prendrait que 3 secondes environ. Mais ont-ils existé ?
C’est parce que les neutrinos pouvaient s’échapper si facilement qu’on leur a attribué un rôle critique dans la mort subite de l’étoile et l’explosion qui a suivi. Les neutrinos se forment de diverses manières, la plupart sous forme de paires neutrino-antineutrino à partir de rayons gamma hautement énergétiques, tandis que d’autres apparaissent lorsque les protons comprimés capturent un électron (ou expulsent un positron) pour devenir des neutrons, une réaction qui s’accompagne de la libération d’un électron. neutrino. On pense que quelque chose de l’ordre de 1057 neutrinos électroniques serait libéré lors d’un effondrement de type supernova. Les réactions de courant neutre des particules Zo de force faible contribuent également aux neutrinos électroniques ainsi qu’aux neutrinos « lourds » du muon et du tau.
Ensemble, ces neutrinos constitueraient une « grande quantité de minuscules particules dépourvues de potentiel électrique » qui s’échapperaient facilement de l’intérieur de l’étoile. Les calculs ont indiqué qu’ils transporteraient quatre-vingt-dix-neuf pour cent de l’énergie libérée lors de l’explosion finale de la supernova. Le gigantesque éclair de lumière qui accompagne l’explosion ne représente qu’une partie du 1 pour cent restant !
¶ Références
- Hoyle, F. et J. Narlikar. La frontière de l’astronomie physique. (W.H. Freeman & Co. San Francisco, 1980.)
- Sutton, C. Spaceship Neutrino. (Cambridge University Press, Cambridge, 1992)
¶ Liens externes
- Article dans Innerface International : https://urantia-book.org/archive/newsletters/innerface/vol11_3/page13.html
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