Des étoiles à neutrons avec des noyaux de quarks ? Il est presque certain qu’il existe

Ces cadavres stellaires densément comprimés n’ont en fait que quelques kilomètres de diamètre (par rapport aux millions de kilomètres que possédait l’étoile d’origine), et il a été calculé qu’une étoile à neutrons de seulement 25 kilomètres peut contenir jusqu’à deux étoiles. des masses solaires de matière densément « emballées » à l’intérieur. La densité atteinte par ces objets dépasse donc de loin celle des protons et des neutrons individuels.

Au-delà de la limite

Cependant, nous savons qu’à ce stade, la situation peut encore empirer. Si la masse finale de l’étoile à neutrons dépasse une certaine limite (environ deux masses solaires) alors rien ne pourra empêcher la gravité de continuer à l’écraser, la rendant de plus en plus dense et plus petite, jusqu’à ce que la matière ne puisse plus tenir et qu’elle s’effondre. dans un trou noir, un objet dont nous ne pouvons rien savoir de l’intérieur.

Mais si la masse de l’étoile à neutrons ne dépasse pas cette limite, la gravité pourra quand même continuer à écraser la matière, et « détruire » les neutrons de son centre (où il y a plus de pression) comme elle le faisait auparavant avec les atomes pour les libérer. les quarks qui les composent (chaque neutron est composé de trois quarks). La gravité de l’étoile, dans ces cas-là, poussera la matière dans une nouvelle phase, connue sous le nom de « matière froide des quarks », un état exotique dans lequel les protons et les neutrons n’existent plus et où toute la matière sera sous la forme d’une « soupe de quarks ». .

Or, ces étoiles à neutrons dont les noyaux sont constitués de quarks existent-elles vraiment ? Une équipe d’astrophysiciens de l’Université d’Helsinki le pense, et dans un article qui vient d’être publié dans ‘Communications naturelles» augmente la probabilité de son existence à un pourcentage compris entre 80 et 90 %. “Les quarks et les gluons qui composent ces objets – explique Aleski Vuorinen, co-auteur de la recherche – sont libérés de leur confinement typique de couleur et autorisés à se déplacer presque librement.”

Calculs de masse

Selon l’étude, la possibilité qu’il y ait des noyaux de matière de quarks à l’intérieur d’étoiles à neutrons massives est donc presque inévitable. La faible probabilité restante que ce soit la masse entière de l’étoile, et pas seulement son noyau, qui soit composée uniquement de quarks, nécessiterait une transition de phase du premier ordre, quelque chose de similaire à l’eau liquide se transformant en glace. Et dans une étoile à neutrons, ce type de changement rapide pourrait la déstabiliser au point que même la formation d’un minuscule noyau de matière de quarks provoquerait l’effondrement de l’étoile dans un trou noir.

Pour arriver à ces résultats, les chercheurs ont dû effectuer une série de calculs massifs avec des superordinateurs utilisant l’inférence bayésienne, une branche de la déduction statistique dans laquelle les probabilités de différents paramètres sont déduites par comparaison directe avec des données d’observation. “Nous avons dû utiliser des millions d’heures CPU pour pouvoir comparer nos prédictions théoriques avec les observations et limiter la probabilité que des noyaux de matière de quarks existent”, explique Joonas Hirvonen, co-auteur de l’étude.

Les chercheurs espèrent néanmoins qu’un jour l’existence d’étoiles à neutrons dotées de noyaux de quarks pourra être confirmée, voire totalement infirmée. Pour ce faire, il faudra, dans un premier temps, fixer des limites à la force de transition de phase entre la matière nucléaire et la matière des quarks, ce qui sera possible si jamais une onde gravitationnelle est enregistrée lors de la dernière partie de la fusion d’une étoile. . Un long chemin à parcourir que les chercheurs sont pourtant déterminés à parcourir.