Pâtes nucléaires : Une substance exotique dans la croûte des étoiles à neutrons pourrait être le matériau le plus solide de l’univers Astronomie, physique

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Une équipe internationale de chercheurs de l’Université McGill, de l’Institut de technologie de Californie et de l’Université de l’Indiana a calculé la force des pâtes nucléaires – un matériau extrêmement dense situé au fond de la croûte des étoiles à neutrons. Les résultats, publiés dans la revue Physical Review LettersLes résultats, publiés dans la revuePhysical Review Lettersmontrent que les pâtes nucléaires pourraient être le matériau connu le plus solide de l’Univers, avec un module de cisaillement pouvant atteindre 1030 ergs/cm3 et une déformation de rupture supérieure à 0,1.

Les étoiles à neutrons sont les étoiles les plus petites et les plus denses de l'Univers. Comme leur nom l'indique, les étoiles à neutrons sont presque entièrement composées de neutrons. Crédit image : Casey Reed, Université de Penn State.

Les étoiles à neutrons sont les étoiles les plus petites et les plus denses de l’Univers. Comme leur nom l’indique, les étoiles à neutrons sont presque entièrement composées de neutrons. Crédit image : Casey Reed, Université de Penn State.

Les étoiles à neutrons naissent en tant qu’objets extrêmement chauds lorsque les noyaux d’étoiles massives très évoluées deviennent gravitationnellement instables et s’effondrent.

Elles ont un diamètre de seulement 10-15 km, mais contiennent 1,5 fois la masse de notre Soleil.

Leur immense gravité fait que leurs couches extérieures gèlent solidement, ce qui les rend semblables à la Terre avec une fine croûte enveloppant un noyau liquide.

Cette forte densité fait que la matière qui compose une étoile à neutrons, appelée pâte nucléaire, a une structure unique.

Sous la croûte, les forces concurrentes entre les protons et les neutrons les amènent à s’assembler en formes telles que de longs cylindres ou des plans plats, connus dans la littérature sous le nom de “lasagnes” et “spaghettis”, d’où le nom de “pâtes nucléaires”.

Ensemble, les énormes densités et les formes étranges rendent les pâtes nucléaires incroyablement rigides.

“La force de la croûte des étoiles à neutrons, en particulier le fond de la croûte, est pertinente pour un grand nombre de problèmes astrophysiques, mais n’est pas bien comprise”, a déclaré l’auteur principal, Matthew Caplan, chercheur postdoctoral à l’Université McGill.

Les pâtes nucléaires, la substance la plus dure de l'Univers connu. Crédit image : Université McGill.

Les pâtes nucléaires, la substance la plus dure de l’Univers connu. Crédit photo : Université McGill.

Le Dr Caplan et ses co-auteurs ont réalisé avec succès les plus grandes simulations informatiques jamais effectuées sur les croûtes d’étoiles à neutrons, devenant ainsi les premiers à décrire comment celles-ci se brisent.

“Nos résultats sont précieux pour les astronomes qui étudient les étoiles à neutrons”, a déclaré le Dr Caplan.

“Leur couche externe est la partie que nous observons réellement, donc nous devons comprendre cela afin d’interpréter les observations astronomiques de ces étoiles.”

Les résultats pourraient aider les astrophysiciens à mieux comprendre les ondes gravitationnelles comme celles détectées l’année dernière lorsque deux étoiles à neutrons sont entrées en collision.

Les résultats suggèrent même que les étoiles à neutrons solitaires pourraient générer de petites ondes gravitationnelles.

“La compréhension des propriétés physiques d’une étoile à neutrons est donc un moyen pour les scientifiques de tester leurs théories et leurs modèles”, a noté le Dr Caplan.

“Avec ce résultat, de nombreux problèmes doivent être réexaminés. Quelle taille de montagne peut-on construire sur une étoile à neutrons avant que la croûte ne se brise et qu’elle ne s’effondre ? A quoi ressemblera-t-elle ? Et surtout, comment les astronomes pourront-ils l’observer ?”

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