Neutronium
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Catégorie:science-fiction (La science-fiction, prononcée /sjɑ̃s.fik.sjɔ̃/ (abrégé en SF), est un genre narratif (principalement littéraire et cinématographique) structuré par des hypothèses...)

Le neutronium (Le neutronium est un terme populaire qui désigne un état extrêmement dense de la matière qui ne peut exister que sous les énormes pressions qu'on retrouve au cœur des étoiles à neutrons ; c'est un état de la matière...) est un terme populaire qui désigne un état extrêmement dense de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) qui ne peut exister que sous les énormes pressions qu'on retrouve au cœur des étoiles à neutrons ; c'est un état de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne définition de la phase d'un système est « une région de l'espace des...) dont plusieurs aspects sont actuellement mal compris.

Le terme n'est pas utilisé dans la littérature astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers...) officielle pour des raisons expliquées plus loin, mais apparaît régulièrement dans la science-fiction (par exemple, The Neutronium Alchemist de Peter F. Hamilton). En dépit de l'extrême instabilité du neutronium à des pressions normales, les auteurs de science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient...) fiction le décrivent souvent comme un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) stable utilisé dans les armures et les blindages, ou encore comme matériau d'armature ou de structure, etc.

Formation du neutronium

Lorsqu'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la...) massive (Le mot massif peut être employé comme :) en fin de vie (La vie est le nom donné :) accumule un cœur de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau...) dont la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) excède la limite de Chandrasekhar, le cœur s'effondre sur lui-même à cause de la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) trop intense et produit une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la...) de supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa...) de type II. La séquence d'évènements menant à l'explosion d'une supernova est plus compliquée que ce qui est résumé ici, mais mentionnons pour simplifier que l'effondrement du cœur survient lorsque la résistance des nuages d'électrons qui entourent les noyaux de fer est surpassée par l'intensité de la gravité. Les noyaux des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) de fer chutent alors vers le centre le l'étoile et s'écrasent les uns sur les autres en quelques secondes, ce qui fait passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son...) du cœur de fer de l'étoile de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le...) de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est...) à seulement 10-20 km. Ce faisant, les électrons du fer se combinent aux protons des noyaux (car ils sont maintenant en contact) et relâchent des neutrinos:

électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de...) + proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.)neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les...) + neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. C’est un fermion de spin ½.)

Cet effondrement brutal entraîne les couches supérieures de l'étoile vers le cœur, qui expulse une onde de choc (Une onde de choc est un type d'onde, mécanique ou d'une autre nature, associé à l'idée d'une transition brutale. Elle peut prendre la...) à 10-20% de la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un phénomène ondulatoire), est une constante physique,...) lorsque les noyaux qui le composent "rebondissent" les uns sur les autres à la fin de l'effondrement. Cette puissante onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) de choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) éjecte les couches supérieures de l'étoile, dont une partie se retrouve en plus surchauffée par le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) de neutrinos. Ce sont ces couches sphériques surchauffées, très brillantes et en expansion, qui confèrent à la supernova sa formidable luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.). Au centre de cette cataclysmique implosion-explosion reste l'étoile à neutrons, une sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points situés à une même distance d'un point appelé centre. La valeur...) brûlante et ultradense de neutronium.

Caractéristiques du neutronium

Le neutronium a une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) de l'ordre de 1014 à 1015 grammes par centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.) cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de l'espace. C'est un des cinq solides de Platon, le seul ayant exactement...). Une cuiller à thé de cette matière aurait une masse de 100 millions de tonnes métriques. Ce matériau a été baptisé neutronium, parce qu'il est supposé être composé presqu'exclusivement de neutrons comprimés les uns sur les autres par la terrifiante pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) exercée par l'intense champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) gravitationnel d'une étoile à neutrons. Cependant, puisque les propriétés physiques d'un tel matériau sont largement inconnues, il est loin d'être certain que le centre d'une étoile à neutrons ne soit qu'une simple 'soupe de neutrons'. Il est possible que le cœur d'une étoile à neutrons contienne une soupe de quarks libres ou d'hypérons lourds; il est possible également que le matériau d'une étoile à neutrons subisse des transitions de phases sous lesquelles la matière, en fonction des températures et des densités rencontrées, arbore des propriétés radicalement différentes de celles auxquelles nous sommes accoutumés. On ne sait pas non plus comment le matériau d'une étoile à neutrons se comporterait si la pression exercée chutait subitement. À cause de toutes ces incertitudes (et d'autres) l'entourant, le neutronium est rarement mentionné comme une réalité bien comprise dans la littérature scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.).

Plus dense encore que le neutronium

Une limite existe au-delà de laquelle les neutrons ne peuvent plus supporter la pression exercée sur eux. Quand cette limite est franchie, l'étoile à neutrons s'effondre sur elle même pour devenir un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception notable...) (une étoile intermédiaire entre l'étoile à neutrons et le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979. L'histoire est...) existe peut-être, mais son existence reste contestée; voir l'article sur les étoiles à quarks). La masse requise à l'effondrement de l'étoile à neutrons en trou noir n'est pas déterminée avec exactidude, mais on sait qu'elle se situe entre 2 et 3 masses solaires (Les méthodes de calcul actuelles se sont affinées depuis les années 1970, durant lesquelles les estimations mentionnaient plutôt de 7 à 8 masses solaires). Il est aussi possible que le cœur des étoiles à neutrons particulièrement massives contiennent de la matière étrange, laissant à penser qu'il est possible de trouver toute une panoplie de formes de matières au cœur des étoiles à neutrons, en fonction de leur taille et leur masse.

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