Montage de la simulation informatique de la fusion de deux étoiles à neutrons qui se confond avec une image de collisions d'ions lourds pour mettre en évidence le lien entre l'astrophysique et la physique nucléaire. Crédit :Lukas R. Weih &Luciano Rezzolla (Goethe University Frankfurt) (moitié droite de l'image de cms.cern)
Les étoiles à neutrons sont parmi les objets les plus denses de l'Univers. Si notre Soleil, avec son rayon de 700, 000 kilomètres étaient une étoile à neutrons, sa masse serait condensée en une sphère presque parfaite d'un rayon d'environ 12 kilomètres. Lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision et fusionnent en une étoile à neutrons hyper-massive, la matière au cœur du nouvel objet devient incroyablement chaude et dense. D'après les calculs physiques, ces conditions pourraient entraîner des hadrons tels que des neutrons et des protons, qui sont les particules normalement trouvées dans notre expérience quotidienne, se dissolvant dans leurs composants de quarks et de gluons et produisant ainsi un plasma quark-gluon.
En 2017, il a été découvert pour la première fois que la fusion d'étoiles à neutrons envoie un signal d'onde gravitationnelle qui peut être détecté sur Terre. Le signal fournit non seulement des informations sur la nature de la gravité, mais aussi sur le comportement de la matière dans des conditions extrêmes. Lorsque ces ondes gravitationnelles ont été découvertes pour la première fois en 2017, cependant, ils n'ont pas été enregistrés au-delà du point de fusion.
C'est ici que commence le travail des physiciens de Francfort. Ils ont simulé la fusion d'étoiles à neutrons et le produit de la fusion pour explorer les conditions dans lesquelles une transition des hadrons vers un plasma de quarks-gluons aurait lieu et comment cela affecterait l'onde gravitationnelle correspondante. Le résultat :d'une manière spécifique, phase tardive de la vie de l'objet fusionné, une transition de phase vers le plasma de quarks et de gluons a eu lieu et a laissé une signature claire et caractéristique sur le signal des ondes gravitationnelles.
Le professeur Luciano Rezzolla de l'Université Goethe en est convaincu :« Par rapport aux simulations précédentes, nous avons découvert une nouvelle signature dans les ondes gravitationnelles qui est nettement plus claire à détecter. Si cette signature apparaît dans les ondes gravitationnelles que nous recevrons des futures fusions d'étoiles à neutrons, nous aurions une preuve claire de la création d'un plasma quark-gluon dans l'univers actuel."
