Les pâtes nucléaires seraient le matériau le plus résistant de l’univers
Une forme vraiment bizarre de matière que l’on trouve dans les objets ultra-denses, comme les étoiles à neutrons, semble être le bon candidat pour le matériau le plus solide de l’Univers. D’après de nouveaux calculs, il est 10 milliards de fois plus résistants que l’acier.
Les étoiles à neutrons sont une des fins du cycle de vie d’une étoile massive. Une fois que le noyau d’une étoile s’est consumé en fer, il s’effondre, pressant les protons et les électrons en neutrons et neutrinos. Les neutrinos s’échappent, mais les neutrons sont entassés densément dans un objet dont le diamètre se situe entre 10 et 20 kilomètres.
Image d’entête : représentation artistique d’un magnétar, un type d’étoile à neutrons. (ESO/ L. Calçada)
Cette densité incroyablement élevée a un étrange effet sur le noyau des atomes de l’étoile. Au fur et à mesure que vous vous rapprochez du centre, la densité augmente, écrasant et serrant les noyaux jusqu’à ce qu’ils se déforment et fusionnent.
On pense que les structures nucléaires qui en résultent ressemblent à des pâtes, d’où le nom de Nuclear Pasta, 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 ressemblent à des spaghettis et d’autres encore sont des agrégats de gnocchi. Leur densité est immense, plus de 100 trillions de fois celle de l’eau.
A partir de l’étude, les différents types de pâtes nucléaires. (Caplan & Horowitz/ arXiv)
Comme vous pouvez l’imaginer, recréer ce genre de densité en laboratoire n’est pour l’instant pas possible. Heureusement, les scientifiques ont maintenant accès à de puissantes simulations informatiques. Ils ont créé des modèles de pâtes nucléaires simulées et ils ont exercé des pressions pour voir comment la matière réagissait. Ils ont découvert que la force nécessaire pour briser les pâtes nucléaires était 10 milliards de fois supérieure à la force nécessaire pour briser l’acier.
Bien que la croûte d’une étoile à neutrons ait estimé être extraordinairement solide, les pâtes nucléaires étaient encore plus solides. Ce résultat suggère que la croûte ionique d’une étoile à neutrons se casserait significativement plus tôt que les pâtes du milieu.
Cela, à son tour, pourrait avoir un effet sur la rupture de la croute dans certaines situations, selon les chercheurs, comme lors des fusions d’étoiles à neutrons ou les explosions de magnétars et, selon les chercheurs dans leur étude :
De plus, la grande force et la densité des pâtes nucléaires prédites par ces travaux suggèrent que les étoiles à neutrons pourraient supporter de grandes montagnes » enfouies » dans la croûte interne.
Cela signifie qu’en raison de ces régions denses, l’intérieur de l’étoile à neutrons pourrait être bosselé et inégal. Et si c’est le cas, les étoiles à neutrons pourraient constamment générer des ondes gravitationnelles, des ondulations dans le tissu de l’espace-temps. Elles ne seraient pas très fortes. Certainement pas assez forte pour être détectée par le dispositif actuel de l’Observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser (LIGO), vu la difficulté de détecter une collision massive entre deux trous noirs. Mais peut-être que les futures mises à jour de LIGO pourraient améliorer sa sensibilité. Ou encore, l’observatoire LISA (Laser Interferometer Space Antenna), prévu pour un lancement en 2034, pourrait être en mesure de détecter ces faibles ondes.
La recherche ne fait pas seulement la lumière sur la nature des pâtes nucléaires, elle jette les bases d’observations futures qui pourraient un jour fournir des preuves concrètes de leur existence.
Le document a été accepté dans Physical Review Letters : Elasticity of nuclear pasta, et peut être lu sur la ressource pré-imprimée arXiv.