Les étoiles à neutrons massives ont des noyaux de matière quark assez importants, selon une étude publiée dans le journal Nature Physics.
Une conception d’artiste d’une étoile à neutrons massive. Crédit photo : L. Calçada / ESO.
Les étoiles à neutrons, qui sont le résultat de l’explosion d’une supernova, sont les étoiles les plus petites et les plus denses de l’Univers.
Alors que ces objets ont généralement un rayon d’environ 10 km, ils ont en moyenne entre 1,4 et 2,2 masses solaires.
À l’intérieur des étoiles à neutrons, on sait que la matière atomique s’effondre en une matière nucléaire immensément dense, dans laquelle les neutrons et les protons sont si serrés que l’étoile entière peut être considérée comme un seul noyau énorme.
Jusqu’à présent, on ne savait pas si, à l’intérieur des noyaux des étoiles à neutrons massives, la matière nucléaire s’effondrait en un état encore plus exotique appelé matière quark, dans lequel les noyaux eux-mêmes n’existent plus.
“Confirmer l’existence de noyaux de quarks à l’intérieur des étoiles à neutrons est l’un des objectifs les plus importants de la physique des étoiles à neutrons depuis que cette possibilité a été envisagée pour la première fois il y a environ 40 ans”, a déclaré l’auteur principal, le Dr Aleksi Vuorinen, chercheur au département de physique de l’université d’Helsinki.
Les simulations à grande échelle effectuées sur des superordinateurs ne permettant pas de déterminer le sort de la matière nucléaire à l’intérieur des étoiles à neutrons, le Dr Vuorinen et ses collègues ont proposé une nouvelle approche du problème.
Ils ont réalisé qu’en combinant les récentes découvertes de la physique théorique et nucléaire avec les mesures astrophysiques, il pourrait être possible de déduire les caractéristiques et l’identité de la matière résidant à l’intérieur des étoiles à neutrons.
Ils ont découvert que la matière à l’intérieur des noyaux des étoiles à neutrons stables les plus massives ressemble beaucoup plus à la matière quark qu’à la matière nucléaire ordinaire.
Leurs calculs indiquent que dans ces étoiles, le diamètre du noyau identifié comme de la matière quark peut dépasser la moitié de celui de l’étoile à neutrons entière.
Cependant, de nombreuses incertitudes demeurent quant à la structure exacte des étoiles à neutrons.
“Il existe toujours une chance faible mais non nulle que toutes les étoiles à neutrons soient composées uniquement de matière nucléaire”, a déclaré le Dr Vuorinen.
“Ce que nous avons pu faire, cependant, c’est quantifier ce que ce scénario exigerait”.
“En bref, le comportement de la matière nucléaire dense devrait alors être vraiment particulier”.
“Par exemple, la vitesse du son devrait atteindre presque celle de la lumière.”
