SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT :w'é /ETOILES A NEUTRONS OU A QARKS ????

 

New tool allows scientists to peer inside neutron stars

by Institute for Advanced Study

TRADUCTION DU JOUR :

Un nouvel outil permet aux scientifiques de scruter l'intérieur des étoiles à neutrons

par l'Institut d'études avancées

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PHOTO:Fusion d'étoiles à neutrons et les ondes de gravité qu'elle produit. Crédit : NASA/Goddard Space Flight Center

Imaginez que vous preniez une étoile deux fois plus massive que le soleil et que vous l'écrasiez à la taille de Manhattan. Le résultat serait une étoile à neutrons, l'un des objets les plus denses trouvés dans l'univers, dépassant la densité de tout matériau trouvé naturellement sur Terre d'un facteur de dizaines de millards.Les étoiles à neutrons sont des objets astrophysiques extraordinaires à part entière, mais leurs densités extrêmes pourraient aussi leur permettre de fonctionner comme des laboratoires pour étudier des questions fondamentales de physique nucléaire, dans des conditions qui ne pourraient jamais être reproduites sur Terre.

En raison de ces conditions exotiques, les scientifiques ne comprennent toujours pas de quoi sont faites exactement les étoiles à neutrons elles-mêmes, leur soi-disant « équation d'état » (EoS). Déterminer cela est un objectif majeur de la recherche en astrophysique moderne. Une nouvelle pièce du puzzle, limitant l'éventail des possibilités, a été découverte par deux chercheurs de l'IAS : Carolyn Raithel, boursière John N. Bahcall à l'École des sciences naturelles ; et Elias Most, membre de l'école et boursier John A. Wheeler à l'Université de Princeton. Leurs travaux ont récemment été publiés dans The Astrophysical Journal Letters.

Idéalement, les scientifiques aimeraient jeter un coup d'œil à l'intérieur de ces objets exotiques, mais ils sont trop petits et éloignés pour être imagés avec des télescopes standard. Les scientifiques s'appuient plutôt sur des propriétés indirectes qu'ils peuvent mesurer - comme la masse et le rayon d'une étoile à neutrons - pour calculer l'EoS, de la même manière que l'on pourrait utiliser la longueur de deux côtés d'un triangle rectangle pour déterminer son hypoténuse. Cependant,  le rayon   d'une étoile à neutrons est très difficile à mesurer avec précision. Une alternative prometteuse pour les observations futures consiste à utiliser à la place une quantité appelée "fréquence spectrale maximale" (ou f2).

VIDERO   non pésentée   ici;Des étoiles à neutrons condamnées tourbillonnent vers leur disparition dans cette animation. Les ondes gravitationnelles (arcs pâles) saignent l'énergie orbitale, provoquant le rapprochement et la fusion des étoiles. Au fur et à mesure que les étoiles entrent en collision, certains des débris explosent dans des jets de particules se déplaçant presque à la vitesse de la lumière, produisant une brève rafale de rayons gamma (magenta). En plus des jets ultra-rapides alimentant les rayons gamma, la fusion génère également des débris se déplaçant plus lentement. Un écoulement entraîné par l'accrétion sur le reste de la fusion émet une lumière ultraviolette (violet) qui s'estompe rapidement. Un nuage dense de débris chauds arrachés aux étoiles à neutrons juste avant la collision produit de la lumière visible et infrarouge (bleu-blanc à rouge). La lueur UV, optique et proche infrarouge est collectivement appelée kilonova. Plus tard, une fois que les restes du jet dirigé vers nous se sont étendus dans notre champ de vision, des rayons X (bleus) ont été détectés. Cette animation représente les phénomènes observés jusqu'à neuf jours après GW170817. Crédit : 

Centre de vol spatial Goddard/CI Lab de la NASA

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Mais comment f2 est-il mesuré ? Les collisions entre étoiles à neutrons, qui sont régies par les lois de la théorie de la relativité d'Einstein, conduisent à de fortes sursauts d'émission d'ondes gravitationnelles. En 2017, les scientifiques ont mesuré directement ces émissions pour la première fois. "Au moins en principe, la fréquence spectrale maximale peut être calculée à partir du signal d'onde gravitationnelle émis par le reste oscillant de deux étoiles à neutrons fusionnées", explique Most.

On s'attendait auparavant à ce que f2 soit une approximation raisonnable du rayon, car - jusqu'à présent - les chercheurs pensaient qu'une correspondance directe ou "quasi universelle" existait entre eux. Cependant, Raithel et Most ont démontré que ce n'est pas toujours vrai. Ils ont montré que déterminer l'EoS n'est pas comme résoudre un simple problème d'hypoténuse. Au lieu de cela, cela s'apparente davantage au calcul du côté le plus long d'un triangle irrégulier, où l'on a également besoin d'une troisième information : l'angle entre les deux côtés les plus courts. Pour Raithel et Most, cette troisième information est la "pente de la relation masse-rayon", qui encode des informations sur l'EoS à des densités plus élevées (et donc des conditions plus extrêmes) que le rayon seul.

Cette nouvelle découverte permettra aux chercheurs travaillant avec la prochaine génération d'observatoires d'ondes gravitationnelles (les successeurs du LIGO actuellement en activité) de mieux utiliser les données obtenues à la suite des fusions d'étoiles à neutrons. Selon Raithel, ces données pourraient révéler les constituants fondamentaux de la matière des étoiles à neutrons. "Certaines prédictions théoriques suggèrent que dans les noyaux d'étoiles à neutrons, les transitions de phase pourraient dissoudre les neutrons en particules subatomiques appelées quarks", a déclaré Raithel. "Cela signifierait que les étoiles contiennent une mer de matière quark libre à l'intérieur. Notre travail pourrait aider les chercheurs de demain à déterminer si de telles transitions de phase se produisent réellement."

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 C OMMENTAIRES

  C 'est un réel plaisir  de lire ce travail aprés celui d 'hier  dans lequel  je remettais en cause la structure des  protons et des neutrons  et le caractère  temporaire des quarks  ....Les lecteurs interessé par la vidéo  ont surement noté la difficulté  a calclculer  rayons et densités des étoiles a neutrons binaires     à  partir de leur fusion  et des divers signaux produit  ... Pour rester  dans l 'experimental et le ''mesuré'' je juge les étoiles   à neutrons   comme un type d 'astres invisibles  sauf par leur  énorme gravité  ...Toutes les structures qui leur ont été proposées résultent de calculs et d hypothèses  accumulées  sur un modèle  encore incomplet voire incertain 

et le jour où rayon et densité seront le résulat de  mesures   collant  à un modèle pertinent n 'est peut etre encore pas venu  !ATTENDONC DONC    les prochaines observations   de fusion  d 'étoiles binaires   avec mesure de f2 ;des surprises seraient possibles  ...

Pour en terminer avec l 'article d hier  sur la structure  du proton  je ne veux pas  jeter par la fenètre   l existence des quarks  mais plutot montrer  qu'ils sont les émanations  d 'un certain type de modèle et de calculs  et non  le résultat net franc d une mesure directe !!!!

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Merging neutron stars: How cosmic events give insight into fundamental properties of matter

More information: Lukas R. Weih et al. Post-merger gravitational wave signatures of phase transitions in binary mergers, Physical Review Letters DOI 10.1103/PhysRevLett.124.171103

Journal information: Physical Review Letters 

Provided by Goethe University Frankfurt am Main