La matière dans les noyaux des vieilles naines blanches et les croûtes des étoiles à neutrons est comprimée à des densités inimaginables par des forces gravitationnelles intenses. La communauté scientifique pense que cette matière est composée de cristaux de Coulomb qui se forment à des températures pouvant atteindre 100 millions de Kelvin.

Denis A. Baiko et Andrew A. Kozhberov, chercheurs à l'Institut Ioffe de Saint-Pétersbourg, Russie, clarifier la physique de ces cristaux cette semaine dans le journal Physique des plasmas .

Un cristal de Coulomb se forme lorsque des noyaux atomiques nus s'alignent dans un réseau à des densités et des températures où l'énergie cinétique moyenne des ions est environ 175 fois inférieure à l'énergie potentielle typique des forces de répulsion de Coulomb entre eux.

Cette étude est la première analyse simultanée des effets des champs magnétiques puissants et du filtrage électronique sur le mouvement des ions dans un cristal de Coulomb.

"Ce projet est la description la plus détaillée de ces cristaux à ce jour, " a déclaré Baiko. " Ceci est particulièrement important en astrophysique pour notre compréhension de l'évolution des étoiles à neutrons et des naines blanches. "

Comme une étoile épuise sa réserve d'hydrogène gazeux, il meurt et succombe à sa propre gravité. Étoiles, comme notre soleil, mourir et former des naines blanches, tandis que les étoiles plus grosses forment des étoiles à neutrons. Baiko a été attiré par une description réaliste de la matière de la croûte d'étoiles à neutrons qui l'a amené à examiner les cristaux de Coulomb.

Dans l'étude, les chercheurs ont développé une série de calculs pour examiner les propriétés des phonons ou des vibrations dans le réseau des cristaux de Coulomb. Au cours de l'expérimentation, des cristaux de différentes densités ont également été exposés à une gamme de températures.

L'équipe a commencé avec un cristal de Coulomb idéal et une complexité ajoutée progressivement - un fond d'électrons polarisables, magnétisation du mouvement des ions et plusieurs structures en réseau. Chacun de ces effets modifie les phonons de différentes manières. Selon Baïko, ces calculs peuvent être utilisés pour comprendre la thermodynamique, propriétés cinétiques et élastiques des cristaux de Coulomb dans les croûtes d'étoiles à neutrons et les noyaux de naines blanches.

À l'avenir, Baiko et son équipe veulent calculer les conductivités électrique et thermique des électrons dues à la diffusion inélastique électron-phonon dans des cristaux de Coulomb fortement magnétisés. La conductivité thermique détermine la vitesse à laquelle la chaleur est transportée des noyaux chauds à la surface des étoiles, tandis que la conductivité électrique est nécessaire pour comprendre la diffusion et la dérive du champ magnétique. Un tel calcul permettrait de reconstituer les histoires thermique et magnétique de ces fascinants objets stellaires.

"Ce qui est passionnant dans ce travail, c'est que l'on peut prendre en compte plusieurs effets physiques divers simultanément et obtenir de nouveaux, des résultats éclairants et pertinents avec des moyens assez modestes, " dit Baiko. " C'est sympa. "