À l'exception des trous noirs, les étoiles à neutrons sont les objets les plus denses de l'Univers. Comme suit
Que sont les étoiles à neutrons ?
Après que les étoiles massives ont épuisé leur carburantet explosent sous forme de supernovae, des objets extrêmement compacts – des étoiles à neutrons – peuvent se former. Ils sont inhabituellement denses. Ainsi, une cuillère à café de matière d'étoile à neutrons pèsera environ 112 millions de tonnes sur Terre. Cependant, ils sont très petits : une étoile à neutrons moyenne peut tenir dans les limites de Londres. Mais le Soleil, l’étoile la plus proche de nous, peut s’adapter à plus d’un million de Terres.
Les étoiles à neutrons sont de petite taille mais très denses. Une étoile à neutrons typique comparée à Londres.
Crédit d'image et droit d'auteur : Kolbjorn Skarpnes, NTNU
Pour atteindre une telle densité, il faudrait compresser un corps massif comme le Soleil à la taille d'une ville comme Francfort.
Aujourd'hui, les scientifiques connaissent l'existence2 000 à 3 000 étoiles à neutrons dans la Voie Lactée. Mais on pense qu’il y en a beaucoup plus. Ils sont difficiles à détecter pour de nombreuses raisons, depuis leur petite taille (du moins selon les normes astronomiques) jusqu'à leur faible luminosité en lumière visible.
Pourquoi sont-ils si intéressants ?
Tous les objets de l'univers sont constitués d'étoiles.substances. Cependant, tous les luminaires ne synthétisent pas les mêmes éléments chimiques. Les étoiles ordinaires sont des usines de production d'hélium, de carbone et d'autres éléments légers familiers.
Illustration : ESO
La création d'étoiles plus lourdes, comme l'argent, l'or et le platine, nécessite la collision d'étoiles à neutrons.
Quelles questions les scientifiques se posent-ils sur les étoiles à neutrons ?
Mesurer les ondes gravitationnelles, petitesLes oscillations de l’espace-temps résultant de la collision de deux étoiles à neutrons n’ont réussi qu’en 2017. Cependant, la composition du produit de fusion chaud et dense résultant n’est pas connue avec précision. Des questions restent en suspens, par exemple celle de savoir si les quarks, qui autrement sont capturés par les neutrons, peuvent apparaître sous forme libre après une collision. Pour le savoir, les auteurs de la nouvelle étude ont développé un nouveau modèle.
Qu'ont fait les chercheurs ?
Dans le cadre de la nouvelle étude, les scientifiques ont élargimodèles de physique nucléaire qui ne sont pas applicables à des densités élevées. Pour ce faire, ils ont utilisé une méthode utilisée en théorie des cordes pour décrire la transition vers une matière de quarks dense et chaude.
Le quark est une particule élémentaire et fondamentalecomposante de la matière. Les quarks se combinent pour former des particules composites appelées hadrons, dont les plus stables sont les protons et les neutrons, composants des noyaux atomiques.
Illustration de la nouvelle méthode :les chercheurs utilisent des trous noirs à cinq dimensions (à droite) pour calculer le diagramme de phase de la matière fortement liée (au centre). Cela permet de simuler les fusions d'étoiles à neutrons et les ondes gravitationnelles qui en résultent (à gauche).
Crédit : Université Goethe de Francfort-sur-le-Main
Les auteurs de l'étude ont utilisé des mathématiquesune relation trouvée dans la théorie des cordes, à savoir la correspondance entre les trous noirs à cinq dimensions et la matière en forte interaction, pour décrire la transition de phase entre la matière nucléaire dense et la matière quark.
En d'autres termes, les physiciens ont utilisé destrous noirs pour calculer le diagramme de phase de la matière fortement liée. Cela a aidé les scientifiques à simuler la fusion d'étoiles à neutrons et les ondes gravitationnelles qui en résultent.
Matière de quarks constituée de u-et les quarks d, se distingue par une énergie de Fermi très élevée par rapport à la matière atomique ordinaire. Il n’est également stable qu’à des températures et/ou pressions extrêmes. Cela suggère que seules les étoiles à neutrons possédant un noyau de matière à quarks peuvent être des étoiles à quarks stables.
Qu'ont-ils découvert ?
Les scientifiques ont déjà utilisé le nouveau modèleen modélisation informatique. Ils ont ainsi pu calculer le signal des ondes gravitationnelles issues de ces collisions et montrer qu'à la suite du « rendez-vous cosmique » d'étoiles à neutrons, de la matière de quarks chauds et froids peuvent apparaître.
Rappelons que les ondes gravitationnelles sont des changementschamp gravitationnel, se propageant comme des ondes. Ils sont émis par des masses en mouvement, mais après rayonnement, ils s'en séparent et existent indépendamment de ces masses. Mathématiquement lié à la perturbation des métriques espace-temps et peut être décrit comme des « ondulations espace-temps ».
Et ensuite?
À l’avenir, les scientifiques espèrent pouvoir comparer ces modèles avec les futures ondes gravitationnelles mesurées depuis l’espace afin de mieux comprendre la matière des quarks dans les collisions d’étoiles à neutrons.
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Couverture : Université de Warwick/Mark Garlick, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons