Des étoiles lointaines et en spirale donnent des indices sur les forces qui lient les particules subatomiques – Technoguide

Les scientifiques spatiaux de l’Université de Bath au Royaume-Uni ont trouvé une nouvelle façon de sonder la structure interne des étoiles à neutrons, donnant aux physiciens nucléaires un nouvel outil pour étudier les structures qui composent la matière au niveau atomique.

Les étoiles à neutrons sont des étoiles mortes qui ont été comprimées par gravité à la taille de petites villes. Ils contiennent la matière la plus extrême de l’univers, ce qui signifie qu’ils sont les objets les plus denses qui existent (à titre de comparaison, si la Terre était comprimée à la densité d’une étoile à neutrons, elle ne mesurerait que quelques centaines de mètres de diamètre, et tous les humains seraient dans une cuillère à café). Cela fait des étoiles à neutrons des laboratoires naturels uniques pour les physiciens nucléaires, dont la compréhension de la force qui lie les particules subatomiques est limitée à leur travail sur les noyaux atomiques liés à la Terre. L’étude du comportement de cette force dans des conditions plus extrêmes offre un moyen d’approfondir leurs connaissances.

Faites appel aux astrophysiciens, qui se tournent vers des galaxies lointaines pour percer les mystères de la physique.

Dans une étude décrite dans les Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, les astrophysiciens de Bath ont découvert que l’action de deux étoiles à neutrons se déplaçant de plus en plus vite alors qu’elles s’enroulaient vers une violente collision donne un indice sur la composition du matériau des étoiles à neutrons. À partir de ces informations, les physiciens nucléaires seront mieux placés pour calculer les forces qui déterminent la structure de toute matière.

RÉSONANCE

C’est à travers le phénomène de résonance que l’équipe de Bath a fait sa découverte. La résonance se produit lorsque la force est appliquée à un objet à sa fréquence naturelle, générant un mouvement vibratoire important, souvent catastrophique. Un exemple bien connu de résonance se trouve lorsqu’un chanteur d’opéra brise un verre en chantant assez fort à une fréquence qui correspond aux modes d’oscillation du verre.

Lorsqu’une paire d’étoiles à neutrons en spirale atteint un état de résonance, leur croûte solide – que l’on pense être 10 milliards de fois plus résistante que l’acier – se brise. Cela se traduit par la libération d’un éclat lumineux de rayons gamma (appelé une fusée éclairante résonnante) qui peut être vue par les satellites. Les étoiles en spirale libèrent également des ondes gravitationnelles qui peuvent être détectées par des instruments sur Terre. Les chercheurs de Bath ont découvert qu’en mesurant à la fois la torche et le signal d’onde gravitationnelle, ils peuvent calculer «l’énergie de symétrie» de l’étoile à neutrons.

L’énergie de symétrie est l’une des propriétés de la matière nucléaire. Il contrôle le rapport des particules subatomiques (protons et neutrons) qui composent un noyau, et comment ce rapport change lorsqu’il est soumis aux densités extrêmes trouvées dans les étoiles à neutrons. Une lecture de l’énergie de symétrie donnerait donc une forte indication de la composition des étoiles à neutrons, et par extension, des processus par lesquels tous les protons et neutrons se couplent, et les forces qui déterminent la structure de toute matière.

Les chercheurs soulignent que les mesures obtenues en étudiant la résonance des étoiles à neutrons en utilisant une combinaison de rayons gamma et d’ondes gravitationnelles seraient complémentaires, plutôt que de remplacer, les expériences de laboratoire des physiciens nucléaires.

«En étudiant les étoiles à neutrons et les mouvements cataclysmiques finaux de ces objets massifs, nous sommes en mesure de comprendre quelque chose sur les minuscules noyaux qui composent une matière extrêmement dense», a déclaré le Dr David Tsang, astrophysicien de Bath. “L’énorme différence d’échelle rend cela fascinant.”

Duncan Neill, étudiant au doctorat en astrophysique, qui a dirigé la recherche, a ajouté: “J’aime que ce travail examine la même chose étudiée par les physiciens nucléaires. Ils regardent de minuscules particules et nous, astrophysiciens, regardons des objets et des événements à des millions d’années-lumière. . Nous regardons la même chose d’une manière complètement différente. “

Le Dr Will Newton, astrophysicien à la Texas A&M University-Commerce et collaborateur du projet, a déclaré: «Bien que la force qui lie les quarks en neutrons et protons soit connue, comment elle fonctionne réellement quand un grand nombre de neutrons et de protons se réunissent n’est pas bien comprise. La quête pour améliorer cette compréhension est facilitée par des données expérimentales de physique nucléaire, mais tous les noyaux que nous sondons sur Terre ont un nombre similaire de neutrons et de protons liés ensemble à environ la même densité.

«Dans les étoiles à neutrons, la nature nous offre un environnement très différent pour explorer la physique nucléaire: une matière composée principalement de neutrons et couvrant une large gamme de densités, jusqu’à environ dix fois la densité des noyaux atomiques. Dans cet article, nous montrons comment nous peut mesurer une certaine propriété de cette matière – l’énergie de symétrie – à des distances de centaines de millions d’années-lumière. Cela peut éclairer le fonctionnement fondamental des noyaux. “

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université de Bath. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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