Lorsque des étoiles à neutrons entrent en collision, elles produisent de puissants signaux d’ondes gravitationnelles, et les restes de la fusion peuvent ressembler à un diapason cosmique. Les scientifiques ont identifié cette phase, connue sous le nom de « long tintement », comme étant la clé pour comprendre la matière extrême à l'intérieur des étoiles à neutrons.
Les étoiles à neutrons et leurs intérieurs mystérieux
Les étoiles à neutrons sont les objets les plus extrêmes de l'univers. Bien qu’ils ne mesurent qu’une douzaine de kilomètres de diamètre, leur masse dépasse celle de l’ensemble de notre système solaire. Leurs intérieurs sont très denses et mystérieux, ce qui rend difficile pour les scientifiques de comprendre pleinement leur composition et leur structure.
Cependant, lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision – comme la fameuse fusion observée en 2017 – elles créent une opportunité unique d’étudier ces mystères. Pendant des millions d'années, alors qu'ils se formaient en spirale, ils ont émis des ondes gravitationnelles, mais le signal le plus fort s'est produit pendant les derniers instants de la fusion et après. Les conséquences de la collision ont créé un grand reste en rotation rapide qui continue d’émettre des ondes gravitationnelles dans une gamme de fréquences étroite. Ce signal contient des indices précieux sur « l’équation d’état » de la matière nucléaire, qui détermine comment la matière se comporte sous des pressions et des densités extrêmes.
Phénomène de « longue sonnerie »
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Luciano Rezzola de l'Université Goethe de Francfort a fait une découverte importante sur ces signaux combinés. Alors que les ondes gravitationnelles s'affaiblissent, elles s'affinent avec le temps, s'installant sur une seule fréquence dominante - comme le carillon qu'un diapason émet lorsqu'on le frappe. L'équipe a baptisé cette phase « long tintement » et a découvert que ses caractéristiques sont directement liées aux propriétés des régions les plus denses à l'intérieur de l'étoile à neutrons.
Nouvelle façon de détecter la matière la plus dense
"Tout comme les diapasons de différents matériaux émettent des sons purs différents, les restes décrits par différentes équations d'état émettent des sons à différentes fréquences. La détection de ce signal a donc le potentiel de révéler de quoi sont constituées les étoiles à neutrons", a déclaré Rezzola. "Je suis particulièrement fier de ce travail car il constitue un exemple de l'excellence des scientifiques de Francfort et de Darmstadt dans le domaine de la recherche sur les étoiles à neutrons, qui a toujours été au cœur du pôle de recherche hessois ELEMENTS."
La simulation de haute précision révèle de nouvelles informations
À l’aide d’équations d’état soigneusement construites, les chercheurs ont effectué des simulations avancées de relativité générale de la fusion d’étoiles à neutrons et ont montré que l’analyse de longues circulations peut réduire considérablement l’incertitude des équations d’état à très hautes densités – où il n’existe actuellement aucune contrainte directe. Le Dr Christian Ecker, premier auteur de l'étude, a déclaré : "Grâce aux progrès de la modélisation statistique et aux simulations de haute précision sur les superordinateurs allemands les plus puissants, nous avons découvert une nouvelle phase de longue circulation dans les fusions d'étoiles à neutrons. Cette découverte ouvre la voie à une meilleure compréhension de la matière dense des étoiles à neutrons, surtout si de nouveaux événements sont observés dans le futur."
Le co-auteur, le Dr Tyler Gorda, a ajouté : « En choisissant intelligemment quelques équations d'état, nous avons pu simuler efficacement les résultats d'une combinaison statistique complète de modèles de matériaux avec beaucoup moins d'effort. Non seulement cela a réduit le temps de calcul et la consommation d'énergie, mais cela nous a également donné l'assurance que nos résultats étaient robustes et s'appliqueraient à n'importe quelle équation d'état qui se produit réellement dans la nature. »
Les détecteurs du futur et la voie à suivre
Bien que les détecteurs d'ondes gravitationnelles actuels n'aient pas encore observé le signal fusionné, les scientifiques sont optimistes que les détecteurs de nouvelle génération, tels que le télescope Einstein qui devrait être opérationnel en Europe au cours de la prochaine décennie, rendront possible cette détection tant attendue. D’ici là, la longue circulation deviendra un outil puissant pour sonder l’intérieur mystérieux des étoiles à neutrons et révéler les secrets les plus extrêmes de la matière.
Compilé à partir de /ScitechDaily
DOI:10.1038/s41467-025-56500-x