Pulsars sont-elles des supraconducteurs?

En 2011, une découverte astrophysique étonnante a changé la façon dont les scientifiques perçoivent l'intérieur des étoiles à neutrons. Les astronomes ont suivi le refroidissement d'un pulsar dans la constellation de Casseopaeia sur une période de dix ans.

La superfluidité est un phénomène étrange qui a été découvert la première fois dans l'hélium liquide. À très basse température, les fluides possédant cette propriété s’écoulent sans aucune résistance. Cela a conduit à des applications à grande échelle dans l'industrie et à une recherche approfondie dans ce domaine. Les superfluides sont supposé posséder plusieurs propriétés bizarres et ont été largement explorés dans des laboratoires cryogéniques. Selon la théorie BCS (d'après Bardeen – Cooper – Schrieffer qui l'a proposée), les propriétés sont attribués à des paires d'électrons («paires de Cooper»).

De manière surprenante, il a été proposé que les étoiles à neutrons possèdent une superfluidité dans leur intérieur. On prétend qu’à des densités élevées et à des températures basses (comparées à l’énergie d’excitation des particules) existant à l’intérieur des étoiles à neutrons, les interactions nucléaires peuvent conduire à la formation de telles paires de Cooper, entraînant une superfluidité.

La présence de superfluidité dans le coeur de l’étoile à neutrons ne peut pas être sondée directement, mais les scientifiques essaient de trouver des observations astrophysiques pouvant contenir la signature cachée de tels effets. Il a été suggéré que ce phénomène pourrait être responsable des pépins («glitch») périodiques observés dans les fréquences de rotation des étoiles à neutrons. En général, les étoiles à neutrons sont des rotateurs extrêmement réguliers, sauf lorsque certaines d'entre elles présentent des sauts ou des problèmes occasionnels, qui se relâchent ensuite lentement vers la valeur normale. Des expériences en laboratoire ont montré que la rotation des superfluides entraînait la formation de tourbillons. On pense que les étoiles à neutrons peuvent aussi avoir des tourbillons superfluides à l'intérieur. Ces tourbillons peuvent ramper progressivement vers l’extérieur et se briser, provoquant un transfert d’énergie de la croûte au coeur, ce qui explique ces puzzles.

En 2010, Craig Heinke, de l'Université de l'Alberta au Canada, et Wynn Ho, de l'Université de Southampton au Royaume-Uni, ont signalé pour la première fois le refroidissement de l'étoile à neutrons de la constellation Casseopeia A. Ils ont analysé les données de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et ont découvert une chute rapide de la température, montrant que celle-ci s'était refroidie de quelques pour cent sur une période de 10 ans. C'était la première fois que les astronomes mesuraient le taux de refroidissement d'une jeune étoile à neutrons. Deux groupes indépendants, dirigés par Dany Page de l'Université nationale autonome du Mexique, et Peter Shternin de l'Institut Ioffe de Saint-Pétersbourg en Russie, ont suggéré que ce refroidissement rapide particulier pouvait être expliqué en invoquant la formation d'une paire de Cooper dans le coeur d'étoile à neutrons, conduisant à la superfluidité.

Même si d'autres groupes ont suggéré d'autres explications aux observations de refroidissement, l'invocation de la superfluidité est l'une des plus prometteuses. Cependant, d'autres groupes n'ont pas encore confirmé le comportement de refroidissement sur une période d'observation plus longue. Si confirmée, ce serait l’une des découvertes majeures de la superfluidité dans les systèmes astrophysiques.