Une nouvelle étude menée par des scientifiques du GSI et des collègues internationaux étudie la formation de trous noirs dans les fusions d'étoiles à neutrons. Des simulations informatiques montrent que les propriétés de la matière nucléaire dense jouent un rôle crucial, qui relie directement l'événement de fusion astrophysique aux expériences de collision d'ions lourds au GSI et au FAIR. Ces propriétés seront étudiées plus précisément dans la future installation FAIR. Les résultats sont maintenant publiés dans Lettres d'examen physique . Avec l'attribution du prix Nobel de physique 2020 pour la description théorique des trous noirs et pour la découverte d'un objet supermassif au centre de notre galaxie, le sujet reçoit actuellement aussi beaucoup d'attention.

Mais dans quelles conditions un trou noir se forme-t-il réellement ? C'est la question centrale d'une étude menée par le GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung à Darmstadt dans le cadre d'une collaboration internationale. À l'aide de simulations informatiques, les scientifiques se concentrent sur un processus particulier pour former des trous noirs, à savoir la fusion de deux étoiles à neutrons.

Les étoiles à neutrons sont constituées de matière dense hautement comprimée. La masse d'une masse solaire et demie est réduite à quelques kilomètres. Cela correspond à des densités similaires ou même plus élevées qu'à l'intérieur des noyaux atomiques. Si deux étoiles à neutrons fusionnent, la matière est en outre comprimée lors de la collision. Cela amène le reste de la fusion sur le point de s'effondrer en un trou noir. Les trous noirs sont les objets les plus compacts de l'univers, même la lumière ne peut s'échapper, ces objets ne peuvent donc pas être observés directement.

"Le paramètre critique est la masse totale des étoiles à neutrons. Si elle dépasse un certain seuil, l'effondrement en trou noir est inévitable, " résume le Dr Andreas Bauswein du département de théorie du GSI. Cependant, la masse seuil exacte dépend des propriétés de la matière nucléaire très dense. En détail, ces propriétés de la matière à haute densité ne sont pas encore complètement comprises, c'est pourquoi des laboratoires de recherche comme GSI entrent en collision avec des noyaux atomiques, comme une fusion d'étoiles à neutrons, mais à une échelle beaucoup plus petite. En réalité, les collisions d'ions lourds conduisent à des conditions très similaires à celles des fusions d'étoiles à neutrons. Sur la base de développements théoriques et d'expériences physiques sur les ions lourds, il est possible de calculer certains modèles de matière d'étoiles à neutrons, ce qu'on appelle les équations d'état.