Les "pâtes nucléaires", la substance connue la plus dure de l'Univers
Publié par Adrien le 25/09/2018 à 00:00
Source: Université McGill
Une équipe de scientifiques qui a calculé la résistance de la matière contenue dans la croûte des étoiles à neutrons constate qu'elle constitue la substance connue la plus dure de l'Univers.

Matthew Caplan, boursier postdoctoral à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) McGill, et ses collègues de l'Université de l'Indiana et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Californie ont réalisé les plus longues simulations informatiques jamais menées sur la croûte des étoiles à neutrons, devenant ainsi les premiers à décrire la manière dont leur croûte se brise.

"Si la résistance de la croûte des étoiles à neutrons, et de sa couche inférieure en particulier, est importante dans un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de problèmes d'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés...), elle n'est néanmoins pas bien comprise", dit M.Caplan.


Une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est...) à neutrons naît d'une supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité. Vue depuis la Terre, une...), une implosion (L'implosion est l'inverse de l'explosion. Elle se produit lorsque la pression externe à un objet est plus grande que celle à l'intérieur et...) qui comprime un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...) de la taille du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine...) en un objet de la taille de Montréal (Montréal est à la fois région administrative et métropole du Québec[2]. Cette grande agglomération canadienne constitue un centre majeur du commerce, de l'industrie, de la culture, de la finance et des affaires...) environ, ce qui le rend "cent billions de fois plus dense que quoi que ce soit sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est...)". L'immense gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) de l'étoile à neutrons fait geler ses couches extérieures, ce qui lui donne une composition semblable à celle de la Terre, soit un centre liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) enveloppé d'une mince croûte.

La densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les liquides et...) élevée de l'étoile à neutrons confère une structure particulière à la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) qui la compose. Sous la croûte, les forces concurrentes entre protons et neutrons conduisent ceux-ci à s'organiser en longs cylindres ou en feuilles planes, souvent appelés "spaghettis" ou "lasagnes" par les scientifiques, d'où l'appellation "pâtes nucléaires". C'est la combinaison (Une combinaison peut être :) de leur extraordinaire densité et de leurs étranges configurations qui explique la formidable dureté (Il existe différentes définitions de la dureté : pour un solide (minéral ou métal) et pour l'eau.) des pâtes nucléaires.

Grâce à des simulations par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme...) qui ont nécessité 2 millions d'heures (L'heure est une unité de mesure  :) de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) machine, ou l'équivalent de 250 années de travail sur un portable avec une unité de traitement graphique, M. Caplan et ses collègues sont parvenus à étirer et à déformer la matière située au cœur de la croûte des étoiles à neutrons.

"Nos résultats sont précieux pour les astronomes qui étudient ces étoiles. Leur couche extérieure est la partie que nous observons, et nous devons mieux la comprendre pour pouvoir interpréter les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) astronomiques."

Les conclusions des chercheurs, acceptées pour publications dans la revue Physical Review Letters, pourraient améliorer la compréhension des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) gravitationnelles comme celles détectées l'an dernier quand deux étoiles à neutrons sont entrées en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.). Elles donnent même à penser qu'une étoile à neutrons isolée pourrait générer de petites ondes gravitationnelles.

"Nous avons ici affaire à nombre de phénomènes intéressants qui relèvent de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) de l'extrême. Comprendre les propriétés physiques d'une étoile à neutrons permet à des scientifiques de mettre à l'épreuve leurs théories et leurs modèles, ajoute M.Caplan. De nombreux problèmes devront être réexaminés à la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...) de nos résultats. De quelle taille une montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la surface d'astres de type tellurique (planète tellurique, satellites comme la Lune), et faisant généralement...) pourrait-elle être avant qu'elle ne s'écroule lorsque la croûte se brise ? À quoi ressemblerait cet événement ? Et surtout, comment des astronomes pourraient-ils l'observer ?"

Les travaux ont été financés par L'institut canadien d'astrophysique théorique (L'astrophysique théorique est une discipline qui cherche à expliquer les phénomènes observés par les astronomes en des termes physiques avec une approche théorique. Dans ce but, les astrophysiciens théoriciens créent et font évoluer des...), l'Institut spatial de McGill, le National Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour...) Foundation et le US Department of Energy. L'utilisation du superordinateur (Un superordinateur (ou supercalculateur) est un ordinateur conçu pour atteindre les plus hautes performances possibles avec les technologies connues lors de sa conception, en particulier en terme de vitesse de calcul.) a été rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de lumière et vue...) possible grâce à l'Université de l'Indiana.

"The Elasticity of Nuclear Pasta ", des auteurs M.E. Caplan, A.S. Schneider et C.J. Horowitz, a été accepté pour publication dans la revue Physical Review Letters.
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