Les étoiles à neutrons sont constituées de la forme de matière la plus dense connue :une étoile à neutrons de la taille de Los Angeles peut peser deux fois plus que notre soleil. Les astrophysiciens ne comprennent pas bien comment la matière se comporte sous ces densités écrasantes, sans parler de ce qui se passe lorsque deux étoiles à neutrons s'entrechoquent ou lorsqu'une étoile massive explose, créer une étoile à neutrons.

Un outil que les scientifiques utilisent pour modéliser ces phénomènes puissants est l'« équation d'état ». Librement, l'équation d'état décrit le comportement de la matière sous différentes densités et températures. Les températures et les densités qui se produisent lors de ces événements extrêmes peuvent varier considérablement, et des comportements étranges peuvent émerger; par exemple, les protons et les neutrons peuvent s'organiser en formes complexes appelées « pâtes » nucléaires.

Mais, jusqu'à maintenant, il n'y avait qu'une vingtaine d'équations d'état facilement disponibles pour les simulations de phénomènes astrophysiques. Le chercheur postdoctoral Caltech en astrophysique théorique Andre da Silva Schneider a décidé d'aborder ce problème à l'aide de codes informatiques. Au cours des trois dernières années, il a développé un logiciel open source qui permet aux astrophysiciens de générer leurs propres équations d'état. Dans un nouvel article de la revue Physical Review C, lui et ses collègues décrivent le code et démontrent son fonctionnement en simulant des supernovas d'étoiles 15 et 40 fois la masse du soleil.

La recherche a des applications immédiates pour les chercheurs étudiant les étoiles à neutrons, y compris ceux qui analysent les données de l'observatoire à ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser de la National Science Foundation, ou LIGO, qui a fait la première détection d'ondulations dans l'espace et le temps, appelées ondes gravitationnelles, d'une collision d'étoiles à neutrons, en 2017. Cet événement a également été observé par un groupe de télescopes du monde entier, qui a capturé les ondes lumineuses du même événement.

"Les équations d'état aident les astrophysiciens à étudier le résultat des fusions d'étoiles à neutrons - elles indiquent si une étoile à neutrons est " molle " ou " rigide, ' qui à son tour détermine si une étoile à neutrons plus massive ou un trou noir se forme à partir de la collision, " dit da Silva Schneider. " Plus nous avons d'observations de LIGO et d'autres télescopes basés sur la lumière, plus nous pouvons affiner l'équation d'état et mettre à jour notre logiciel afin que les astrophysiciens puissent générer de nouvelles équations plus réalistes pour les études futures. »

Des informations plus détaillées peuvent être trouvées dans le Examen physique C étudier, intitulé "Cadre d'équation d'état nucléaire open-source basé sur le modèle de la goutte liquide avec interaction Skyrme."