Les “Pâtes Nucléaires” Cosmiques Peuvent Être Plus Étranges Que Ce Que l’on pensait à l’origine

Les croûtes d’étoiles à neutrons — cousines cosmiques des trous noirs — possèdent une forme étrange de matière connue sous le nom de “pâtes nucléaires.”

Maintenant, les scientifiques ont découvert que les pâtes nucléaires peuvent être encore plus étranges qu’on ne le pensait auparavant, formant des défauts qui lient des morceaux ensemble en formes complexes et désordonnées. Ces pâtes nucléaires complexes pourraient finalement condamner les puissants champs magnétiques vus des étoiles à neutrons, disent les chercheurs.

Une étoile à neutrons, comme un trou noir, est un vestige d’une étoile morte dans une explosion catastrophique connue sous le nom de supernova. Les étoiles à neutrons sont généralement petites, avec des diamètres d’environ 12 miles (19 kilomètres), mais elles sont si denses que la masse d’une étoile à neutrons peut être à peu près la même que celle du soleil. Un morceau d’étoile à neutrons de la taille d’un cube de sucre peut peser jusqu’à 100 millions de tonnes, ce qui fait des étoiles à neutrons les objets les plus denses de l’univers en dehors des trous noirs.

À la base des croûtes des étoiles à neutrons, les noyaux des atomes s’entassent si étroitement que les protons et les neutrons s’organisent en motifs semblables à des formes de pâtes. Parfois, les pâtes nucléaires se présentent sous forme de bâtonnets comme des spaghettis, de feuilles plates comme des lasagnes ou de spirales comme des fusilli.

Les pâtes nucléaires avaient été proposées par des théoriciens il y a des années. En 2013, des chercheurs ont détecté expérimentalement des preuves de l’existence réelle de cette phase étrange de la matière.

Des recherches antérieures ont suggéré que les pâtes nucléaires rendraient plus difficile la conduite de la chaleur et de l’électricité à travers les étoiles à neutrons. Ceci, à son tour, ferait que les champs magnétiques des étoiles à neutrons se dissiperaient beaucoup plus rapidement que prévu. Avec un champ magnétique plus faible, les étoiles à neutrons rayonneraient moins d’énergie dans l’espace, les maintenant tourner plus longtemps. Les scientifiques ont récemment découvert qu’il y avait une pénurie d’étoiles à neutrons tourbillonnant lentement. Cela faisait allusion à la présence de pâtes nucléaires.

Cependant, l’analyse passée des propriétés de ce nouvel état de la matière supposait que les pâtes nucléaires prenaient des morceaux parfaits et simples. Mais maintenant, les scientifiques ont découvert que les pâtes nucléaires peuvent former des formes plus complexes et désordonnées.

“Nous essayons de déterminer des propriétés de plus en plus détaillées de matériaux exotiques extrêmement denses dans les étoiles”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Charles Horowitz, physicien à l’Université de l’Indiana à Bloomington.

Comme les scientifiques n’ont aucun moyen de créer de la matière à neutrons sur Terre, ils se sont appuyés sur des simulations informatiques de pâtes nucléaires. Ceux—ci impliquaient près de 410 000 nucléons, c’est-à-dire des protons et des neutrons, les particules qui composent les noyaux atomiques.

“Nos simulations de pâtes nucléaires impliquent plus de nucléons que n’importe quel travail précédent”, a déclaré Horowitz.

Les chercheurs ont découvert que des morceaux de pâtes nucléaires ressemblant à des feuilles de lasagne pouvaient former des défauts à longue durée de vie en forme de tire-bouchons qui relient ces feuilles.

“J’essaie depuis des années d’imaginer les étoiles à neutrons comme des mondes géologiques avec différents types de roches nucléaires, de failles, de montagnes”, a déclaré Horowitz. “Ensuite, une simulation de dynamique moléculaire a trouvé une erreur — un défaut dans les formes de pâtes par ailleurs régulièrement parfaites qui a persisté très longtemps.”

Ces morceaux difformes de pâtes nucléaires pourraient rendre les étoiles à neutrons encore moins conductrices de chaleur et d’électricité que les morceaux parfaits de pâtes nucléaires que des études antérieures avaient modélisés. Cela pourrait expliquer le spectre de la lumière du système MXB 1659-29, qui possède une étoile à neutrons.

“Les observations aux rayons X du refroidissement de la croûte des étoiles à neutrons peuvent fournir des informations sur les phases de pâtes exotiques enfouies à un kilomètre sous la surface”, a déclaré Horowitz. “Ces observations peuvent alors dire si les pâtes sont désordonnées et présentent de faibles conductivités électriques et thermiques.”

L’existence de pâtes nucléaires complexes et désordonnées”peut nous dire le sort des énormes champs magnétiques dans les étoiles à neutrons, qui peuvent être un billion de fois ou plus plus forts que le champ terrestre”, a déclaré Horowitz. “Si la conductivité est faible, les grands courants électriques supportant les champs peuvent se dissiper en environ un million d’années.”

Les scientifiques détailleront leurs résultats dans un prochain numéro de la revue Physical Review Letters.

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