jeudi 4 juin 2020

Sciences.Energies.Environnement/Le Monde selon la Physique /2020 Wweek 22 p4


Une traduction est proposée à nos lecteurs de l’article de PHYS ORG/SIENCE X  reçu hier  qui pose  deux problèmes scientifiques simultanément

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« Researchers discover a new type of matter inside neutron stars
by University of Helsinki

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Des chercheurs découvrent un nouveau type de matière à l'intérieur des étoiles à neutrons
par l'Université d'Helsinki
 Finnish researchers have discovered a new type of matter inside neutron stars

PHOTO /Confirmer l'existence de « noyaux de quarks » à l'intérieur des étoiles à neutrons a été l'un des objectifs les plus importants de la physique des étoiles à neutrons au cours des 40 dernières années. Crédit: Jyrki Hokkanen, CSC - IT Center for Science
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Un groupe de recherche finlandais a trouvé des preuves solides de la présence de matière   à quarks exotiques à l'intérieur des noyaux des plus grandes étoiles à neutrons existantes. Ils sont parvenus à cette conclusion en combinant les résultats récents de la physique théorique des particules et de la physique nucléaire aux mesures des ondes gravitationnelles  survenues lors des collisions d'étoiles à neutrons.


Toute la matière normale qui nous entoure est composée d'atomes, dont les noyaux denses, comprenant des protons et des neutrons, sont entourés d'électrons chargés négativement. Cependant, à l'intérieur des étoiles à neutrons, la matière atomique est  suspectée de  s'effondrer en une matière nucléaire extrêmement dense dans laquelle les neutrons et les protons sont si étroitement liés que l'étoile entière peut être considérée comme un énorme noyau unique ……

Jusqu'à présent, on ne sait toujours pas si la matière nucléaire dans le cœur des étoiles à neutrons les plus massives s'effondrerait dans un état encore plus exotique appelé matière  à quarks  dans lequel les noyaux eux-mêmes n'existeraient  plus. Des chercheurs de l'Université d'Helsinki affirment maintenant que la réponse à cette question est oui. Les nouveaux résultats ont été publiés dans Nature Physics.

"Confirmer l'existence de « noyaux à  quarks » à l'intérieur des étoiles à neutrons a été l'un des objectifs les plus importants de la physique des étoiles à neutrons depuis que cette possibilité a été envisagée pour la première fois il y a environ 40 ans", explique le professeur agrégé Aleksi Vuorinen du département de physique de l'Université d'Helsinki.
Même après  des simulations à grande échelle exécutées sur des superordinateurs ils se sont  montrés  incapables de déterminer le devenir de la matière nucléaire à l'intérieur des étoiles à neutrons, le  groupe de recherche finlandais a donc proposé une nouvelle approche du problème. Ils ont réalisé qu'en combinant les découvertes récentes de la physique théorique des particules et de la physique nucléaire avec des mesures astrophysiques, il pourrait être possible de déduire les caractéristiques et l'identité de la matière résidant à l'intérieur des étoiles à neutrons.

Outre Vuorinen, le groupe comprend le doctorant Eemeli Annala d'Helsinki, ainsi que leurs collègues Tyler Gorda de l'Université de Virginie, Aleksi Kurkela du CERN et Joonas Nättilä de l'Université Columbia.

Selon l'étude, la matière résidant à l'intérieur des noyaux des étoiles à neutrons stables les plus massives ressemble beaucoup plus à  de la matière à quarks qu'à de la matière nucléaire ordinaire. Les calculs indiquent que dans ces étoiles, le diamètre du  «  cœur » identifié comme matière à  quark peut dépasser la moitié de celui de l'étoile à neutrons entière. Cependant, Vuorinen souligne qu'il existe encore de nombreuses incertitudes associées à la structure exacte des étoiles à neutrons. Que cela  signifie rait –il   de prétendre que la « matière  à quarks » vient d’être presque certainement été découverte?



"Il y a encore une petite mais non nulle chance que toutes les étoiles à neutrons soient composées uniquement de matière nucléaire. Ce que nous avons pu faire, cependant, est de quantifier ce que ce scénario nécessiterait. En bref, le  comportement de la matière nucléaire dense devrait alors être vraiment particulier. Par exemple, la vitesse du son devrait atteindre presque celle de la lumière ", explique Vuorinen.
Un facteur clé contribuant à ces nouvelles découvertes a été l'émergence de deux résultats récents en astrophysique observationnelle: la mesure des ondes gravitationnelles d'une fusion d'étoiles à neutrons et la détection d'étoiles à neutrons très massives, avec des masses proches de deux masses solaires.

À l'automne 2017, les observatoires LIGO et Virgo ont détecté pour la première fois des ondes gravitationnelles générées par la fusion de deux étoiles à neutrons. Cette observation a fixé une limite supérieure rigoureuse pour une quantité appelée déformabilité  par effet de marées, qui mesure la susceptibilité de la structure d'une étoile en orbite au champ gravitationnel de son compagnon. Ce résultat a ensuite été utilisé pour dériver une limite supérieure pour les rayons des étoiles à neutrons en collision, qui s'est avéré être d'environ 13 km.

De même, alors que la première observation d'une étoile à neutrons remonte à 1967, des mesures de masse précises de ces étoiles n'ont été possibles que depuis une vingtaine d'années. La plupart des étoiles avec des masses connues avec précision se situent à l'intérieur d'une fenêtre comprise entre 1 et 1,7 masse solaire, mais la dernière décennie a vu la détection de trois étoiles atteignant ou dépassant même légèrement la limite des deux masses solaires

De façon quelque peu contre-intuitive, les informations sur les rayons et les masses des étoiles à neutrons ont déjà considérablement réduit les incertitudes associées aux propriétés thermodynamiques de la matière des étoiles à neutrons. Cela a également permis de compléter l'analyse présentée par le groupe de recherche finlandais dans son article Nature Physics.

Dans la nouvelle analyse, les observations astrophysiques ont été combinées avec des résultats théoriques de pointe de la physique des particules et nucléaire. Cela a permis de dériver une prédiction précise pour ce qui est connu comme l'équation d'état de la matière des étoiles à neutrons, qui se réfère à la relation entre sa pression et sa densité d'énergie. Une composante intégrante de ce processus était un résultat bien connu de la relativité générale, qui relie l'équation d'état à une relation entre les valeurs possibles des rayons et des masses des étoiles à neutrons.

Depuis l'automne 2017, un certain nombre de nouvelles fusions d'étoiles à neutrons ont été observées, et LIGO et Virgo deviennent maintenant    partie intégrante de la recherche sur les étoiles à neutrons. C'est cette accumulation rapide de nouvelles informations d'observation qui joue un rôle clé dans l'amélioration de la précision des nouvelles découvertes du groupe de recherche finlandais et dans la confirmation de l'existence de la matière des quarks à l'intérieur des étoiles à neutrons. De nouvelles observations étant attendues dans un proche avenir, les incertitudes associées aux nouveaux résultats diminueront également automatiquement.

"Il y a des raisons de croire que l'âge d'or de l'astrophysique des ondes gravitationnelles ne fait que commencer et que nous assisterons prochainement à de nombreux autres sauts comme celui-ci dans notre compréhension de la nature", se réjouit Vuorinen.
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Explore further

Gravitational waves could prove the existence of the quark-gluon plasma
More information: Eemeli Annala et al, Evidence for quark-matter cores in massive neutron stars, Nature Physics (2020). DOI: 10.1038/s41567-020-0914-9
Journal information: Nature Physics
Provided by University of Helsinki
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 MES COMMENTAIRES
 Comme je l’ai dit en début  d’article il faut attendre encore d’autres résultats  pour être sur des propositions finlandaises   Car je vois plusieurs hypothèses risquées ….    La première  c’est la violation du théorème de  Gross, Politzer ,Wilczek sur
la liberté asymptotique   allouée aux quarks confinés dans les noyaux … Dans le modèle classique, lors de la supernova ,tous les protons deviennent neutrons  et la «  garniture » des électrons  est expulsée en surface de la nouvelle étoile  dont je vous propose la structure en photo
wikipedia 

 Mais elle disparait déjà pour les mésons quarks –antiquarks   très labiles ….
.La deuxieme est la difficulté de  défi un rayon   précis, donc une équation d’état    pour une structure globale  hétérogène si  toute l’étoile  à neutrons nouvelle   ( à dimensions   de planète naine !)  ne  devient que partiellement  «  matière à quarks »  ….





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