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Les pâtes chaudes aident les étoiles à neutrons chaudes et en colère à se refroidir

Les Pâtes Chaudes Aident Les étoiles à Neutrons Chaudes Et

Les étoiles à neutrons sont les fantômes en colère des étoiles géantes: des noyaux chauds et tourbillonnants de matière exotique laissés après les supernovas. Comme les thermos remplis de soupe de nouilles chaude, il leur faut des éternités pour se refroidir. Mais maintenant, les chercheurs pensent savoir comment ces stars le font: avec une énorme portion de pâtes.

Non, ces cadavres stellaires ultradense ne sont pas remplis de spaghettis. Au lieu de cela, les étoiles à neutrons se refroidissent en libérant des particules éthérées appelées neutrinos. Et la nouvelle étude montre qu’ils accomplissent cette tâche grâce à un type de matière intermédiaire connu sous le nom de pâtes nucléaires, un matériau ondulé et enroulé dans lequel les atomes se mélangent presque, mais pas tout à fait. Cette structure de pâtes nucléaires crée des régions de faible densité à l’intérieur des étoiles, permettant aux neutrinos et à la chaleur de s’en sortir.

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Chaleur emprisonnée

Une cuillère à café de matière grattée sur la surface d’une étoile à neutrons pèserait des milliards de tonnes, plus que tous les êtres humains sur Terre réunis. Cette densité les aide à emprisonner extrêmement bien la chaleur. Et tandis que notre soleil, qui est considéré comme une étoile naine jaune, libère l’essentiel de sa chaleur sous forme de lumière, les particules de lumière produites à l’intérieur d’une étoile à neutrons parviennent rarement à la surface pour s’échapper. Pourtant, ces étoiles mort-vivantes déchaînées – chacune de la taille d’une ville américaine – finissent par se calmer, principalement en émettant des neutrinos.

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Pour comprendre comment ils se refroidissent, les chercheurs d’une nouvelle étude, publiée le 6 octobre dans la revue Physical Review C, ont examiné de plus près la matière à l’intérieur des étoiles à neutrons.

Les étoiles ordinaires sont constituées de matière conventionnelle, ou atomes: de minuscules boules de protons et de neutrons entourées de nuages ​​d’électrons tournoyants relativement énormes. L’intérieur des étoiles à neutrons, quant à lui, est si dense que la structure atomique se décompose, créant un vaste océan de matière dite nucléaire. En dehors des étoiles à neutrons, la matière nucléaire fait référence au contenu des noyaux atomiques, des boules denses de protons et de neutrons. Et il est régi par des règles complexes que les scientifiques ne comprennent toujours pas pleinement

Les pâtes sont ce qui se situe entre la matière conventionnelle et la matière nucléaire.

«Les pâtes sont quelque chose d’intermédiaire entre la matière nucléaire et la matière conventionnelle», a déclaré le co-auteur de l’étude Charles Horowitz, physicien à l’Illinois State University. finalement ils commencent à se toucher », a déclaré Horowitz à 45secondes.fr. « Et quand ils commencent à se toucher, des choses étranges se produisent. »

À un moment donné, les pressions s’élèvent suffisamment pour que la structure de la matière conventionnelle s’effondre entièrement en bouillon nucléaire indifférencié. Mais juste avant que cela n’arrive, il y a une région de pâtes.

Dans la zone des pâtes, la répulsion coulombienne (la force qui sépare les particules chargées) et l’attraction nucléaire (la force qui lie les protons et les neutrons ensemble à de très courtes distances) commencent à agir l’une contre l’autre. Dans les régions où les noyaux se touchent mais où la structure atomique n’est pas entièrement décomposée, la matière se tord en formes compliquées, appelées «pâtes». Les scientifiques ont des mots pour les différentes variétés de ce truc: gnocchi, gaufre, lasagne et anti-spaghetti.

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« Les formes ressemblent vraiment à des formes de pâtes », a déclaré Horowitz.

Une image générée par ordinateur montre des couches empilées de pâtes nucléaires.

Une image générée par ordinateur montre des couches empilées de pâtes nucléaires. (Crédit d’image: Z. Lin et al.[)[)

Les scientifiques ont su pendant la majeure partie de la dernière décennie que ces pâtes se trouvaient à l’intérieur d’étoiles à neutrons, juste sous leurs croûtes dans la région où la matière conventionnelle se transforme en substance nucléaire bizarre et mal comprise. Et ils savaient aussi que les émissions de neutrinos aident à refroidir les étoiles à neutrons. La nouvelle étude montre comment les pâtes aident à libérer les neutrinos.

L’auteur principal de l’étude Zidu Lin, chercheur postdoctoral à l’Université de l’Arizona, a conçu une série de vastes simulations informatiques qui ont montré comment les neutrinos pourraient émerger dans cet environnement étrange, a déclaré Horowitz.

La formule de base pour produire un neutrino dans une étoile à neutrons est simple: un neutron se désintègre, se transformant en un proton légèrement plus léger et de faible énergie et en un neutrino ultraléger. C’est un processus simple connu pour se produire ailleurs dans l’espace, y compris sous notre soleil. (Juste cette seconde, un vaste flux de neutrinos solaires traverse votre corps.)

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Mais les conditions doivent être réunies pour que cette recette fonctionne. Et dans une étoile à neutrons, les conditions semblent mauvaises.

Les étoiles à neutrons, comme leur nom l’indique, ont beaucoup de neutrons, tous se déplaçant à haute énergie avec beaucoup d’élan. Mais la recette des neutrinos nécessite la production d’un proton de faible énergie avec presque aucun élan. L’élan ne peut pas simplement disparaître. C’est toujours conservé. C’est la première loi du mouvement d’Isaac Newton. (C’est aussi pourquoi si votre voiture s’arrête soudainement et que vous ne portez pas de ceinture de sécurité, vous vous envolez par la fenêtre.)

Les neutrinos poids plume ne peuvent pas prendre tout l’élan des neutrons en décomposition relativement volumineux. Donc, le seul autre endroit où l’élan peut aller est dans l’environnement environnant.

La matière nucléaire dense et rigide est cependant un endroit terrible pour donner un élan. C’est comme conduire une voiture de sport à grande vitesse dans une épaisse plaque de granit; le rocher bougera à peine et la voiture crêpera car cet élan n’a nulle part où aller. Des modèles simples d’émissions d’étoiles à neutrons ont du mal à expliquer comment la matière nucléaire pourrait absorber suffisamment d’élan pour que les neutrinos s’échappent.

Le modèle de Lin a montré que les pâtes nucléaires résolvent une grande partie de ce problème. Ces formes enroulées et stratifiées ont des régions de faible densité. Et les pâtes peuvent se comprimer, absorbant l’élan dans un mouvement ondulant. C’est comme si ce mur de granit était monté sur un ressort qui s’est comprimé lors de l’impact de la voiture.

Les chercheurs ont montré que les émissions de neutrinos des pâtes nucléaires sont probablement beaucoup plus efficaces que les émissions de neutrinos au cœur d’une étoile à neutrons. Cela signifie que les pâtes sont probablement responsables d’une grande partie du refroidissement.

Cette recherche, a déclaré Horowitz, suggère que les étoiles à neutrons se refroidissent plus lentement que prévu. Cela signifie qu’ils vivent plus longtemps. Les histoires de l’espace-temps devront être modifiées, a-t-il déclaré, pour tenir compte de leur persistance étrange à une chaleur extrême à travers des éons.

Publié à l’origine sur 45secondes.fr.

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