Une nouvelle analyse théorique estime entre 80 et 90 pour cent la probabilité que des étoiles à neutrons massives cachent des noyaux de matière de quarks déconfinés. Le résultat a été obtenu grâce à des analyses massives de supercalculateurs utilisant l’inférence statistique bayésienne.
Les noyaux des étoiles à neutrons contiennent de la matière aux densités les moreover élevées atteintes dans notre Univers actuel, avec jusqu#39à deux masses solaires de matière comprimées dans une sphère de 25 km de diamètre. Ces objets astrophysiques peuvent en effet être considérés comme des noyaux atomiques géants, dont la gravité comprime leurs noyaux à des densités dépassant de plusieurs fois celles des protons et des neutrons individuels.
Ces densités font des étoiles à neutrons des objets astrophysiques intéressants du position de vue de la physique des particules et de la physique nucléaire. Un problème ouvert de longue day consiste à savoir si l’immense pression centrale des étoiles à neutrons peut comprimer les protons et les neutrons dans une nouvelle section de la matière, connue sous le nom de matière de quarks froids. Dans cet état exotique de la matière, les protons et les neutrons individuels n’existent as well as.
« Les quarks et gluons qui les constituent sont libérés de leur confinement de couleur typique et peuvent se déplacer presque librement », explique Aleksi Vuorinen, professeur de physique théorique des particules à l#39Université d#39Helsinki.
Une forte transition de phase pourrait encore gâcher la journée
Dans un nouvel article récemment publié dans Character Communications, une équipe basée à l#39Université d#39Helsinki a fourni la toute première estimation quantitative de la probabilité de présence de noyaux de quarks et de matière à l#39intérieur d#39étoiles à neutrons massives. Ils ont montré que, sur la base des observations astrophysiques actuelles, la matière quark est presque inévitable dans les étoiles à neutrons les as well as massives : une estimation quantitative extraite par l’équipe position la probabilité entre 80 et 90 %.
La faible probabilité restante que toutes les étoiles à neutrons soient composées uniquement de matière nucléaire nécessite que le passage de la matière nucléaire à la matière quark soit une forte transition de period de leading ordre, ressemblant quelque peu à celle de l#39eau liquide se transformant en glace. Ce sort de changement rapide dans les propriétés de la matière d#39une étoile à neutrons a le potentiel de déstabiliser l#39étoile de telle manière que la development, même d#39un minuscule noyau de matière de quarks, entraînerait l#39effondrement de l#39étoile en un trou noir.
La collaboration internationale entre des scientifiques de Finlande, de Norvège, d#39Allemagne et des États-Unis a permis de montrer comment l#39existence de noyaux de quarks et de matière pourrait un jour être pleinement confirmée ou infirmée. La clé est de pouvoir limiter la force de la transition de phase entre la matière nucléaire et la matière des quarks, ce qui devrait être achievable une fois qu#39un signal d#39onde gravitationnelle provenant de la dernière partie d#39une fusion binaire d#39étoiles à neutrons sera un jour enregistré.
Un supercalculateur massif fonctionne à l’aide de données d’observation
Un ingrédient clé pour obtenir les nouveaux résultats était un ensemble de calculs massifs sur superordinateur utilisant l#39inférence bayésienne – une branche de la déduction statistique où l#39on déduit les probabilités de différents paramètres de modèle by means of une comparaison directe avec des données d#39observation. La composante bayésienne de l#39étude a permis aux chercheurs de déduire de nouvelles limites pour les propriétés de la matière des étoiles à neutrons, démontrant qu#39elles se rapprochent du comportement dit conforme à proximité des noyaux des étoiles à neutrons stables les in addition massives.
Le Dr Joonas Nättilä, l#39un des principaux auteurs de l#39short article, décrit le travail comme un effort interdisciplinaire nécessitant une know-how en astrophysique, en physique des particules et nucléaire, ainsi qu#39en informatique. Il est sur le stage de commencer comme professeur associé à l#39Université d#39Helsinki en mai 2024.
« Il est fascinant de voir concrètement remark chaque nouvelle observation d#39étoile à neutrons permet de déduire les propriétés de la matière des étoiles à neutrons avec une précision croissante. »
Joonas Hirvonen, doctorant travaillant sous la path de Nättilä et Vuorinen, souligne quant à lui l#39value du calcul haute efficiency :
« Nous avons dû utiliser des tens of millions d#39heures de calcul sur un supercalculateur pour pouvoir comparer nos prévisions théoriques aux observations et limiter la probabilité de noyaux de quarks-matière. Nous sommes extrêmement reconnaissants au centre de supercalculateur finlandais CSC de nous avoir fourni toutes les ressources nécessaires. Nous avions besoin ! «
