Une forme de matière vraiment étrange que l’on trouve dans les objets ultradenses tels que les étoiles à neutrons semble être un bon candidat pour le matériau le plus solide de l’Univers. D’après de nouveaux calculs, elle est 10 milliards de fois plus résistante que l’acier.
“C’est un chiffre fou”, a déclaré à Science News le physicien Charles Horowitz, de l’université de l’Indiana à Bloomington, “mais le matériau est également très, très dense, ce qui contribue à le rendre plus résistant.”
neutrinos. Les étoiles à neutrons sont l’un des points terminaux du cycle de vie d’une étoile de masse élevée. Une fois que le noyau d’une étoile a brûlé jusqu’au fer, il s’effondre, comprimant les protons et les électrons en neutrons et électrons
Les neutrinos s’échappent, mais les neutrons sont densément concentrés dans un objet d’un diamètre compris entre 10 et 20 kilomètres (6-12 miles).
Cette densité incroyablement élevée a un effet étrange sur les noyaux des atomes de l’étoile. Au fur et à mesure que l’on se rapproche du centre, la densité augmente, écrasant et comprimant les noyaux jusqu’à ce qu’ils se déforment et fusionnent.
Les structures nucléaires qui en résultent ressemblent à des pâtes – d’où leur nom – qui se forment juste à l’intérieur de la croûte de l’étoile. Certaines structures sont aplaties en feuilles comme des lasagnes, d’autres sont des tubes de bucatini, d’autres encore des brins de spaghetti et d’autres enfin des amas de gnocchi. Leur densité est immense, plus de 100 trillions de fois celle de l’eau.
(Caplan & Horowitz/arXiv)
Comme vous pouvez l’imaginer, il est impossible de recréer une telle densité dans un laboratoire. Malheureusement, personne n’a réussi à construire une machine nucléaire à casser les spaghettis. Heureusement, les scientifiques ont désormais accès à de puissantes simulations informatiques, et c’est ce qu’ils ont utilisé à la place.
Ils ont créé des modèles de pâtes nucléaires simulées, et ont appliqué une pression pour voir comment le matériau réagissait. Ils ont constaté que la force nécessaire pour briser des pâtes nucléaires était 10 milliards de fois supérieure à celle nécessaire pour briser de l’acier.
Bien qu’il ait été calculé que la croûte d’une étoile à neutrons était également extraordinairement solide, les pâtes nucléaires l’étaient encore plus. Ce résultat suggère que la croûte ionique d’une étoile à neutrons se briserait bien plus tôt que les pâtes du milieu.
Selon les chercheurs, cela pourrait avoir un effet sur la rupture de la croûte dans certaines situations, comme les éruptions de rupture résonante lors des fusions d’étoiles à neutrons ou les explosions de magnétars.
“En outre”, écrivent les chercheurs dans leur article, “la grande force et la densité des pâtes nucléaires prédites par ces travaux suggèrent que les étoiles à neutrons pourraient soutenir de grandes montagnes “enfouies” dans la croûte interne.”
Ce que cela signifie, c’est qu’en raison de ces régions denses, l’intérieur de l’étoile à neutrons pourrait être grumeleux et irrégulier. Et si c’est le cas, les étoiles à neutrons pourraient générer en permanence des ondes gravitationnelles – des ondulations dans le tissu de l’espace-temps.
Elles ne seraient pas très fortes. Elles ne seraient certainement pas assez fortes pour être détectées par les installations actuelles de l’Observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser (trous noirs. LIGO), étant donné la difficulté de détecter une collision massive entre deux étoiles à neutrons
Mais peut-être que de futures mises à jour de LIGO pourraient améliorer sa sensibilité. Ou bien l’observatoire LISA ( Laser Interferometer Space Antenna), dont le lancement est prévu en 2034, pourrait être en mesure de détecter ces faibles ondes.
Cette recherche ne se contente pas d’apporter un éclairage sur la nature des pâtes nucléaires, elle jette les bases de futures observations qui pourraient un jour apporter la preuve concrète de leur existence.
L’article a été accepté dans Physical Review Letters et peut être lu sur la ressource de préimpression arXiv.