Astronomie

Des objets étranges autres que les étoiles à neutrons ?

Des objets étranges autres que les étoiles à neutrons ?



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Cette question concerne les objets célestes composés de matière exotique, et la matière exotique que je définis comme

états de la matière qui ne sont pas couramment rencontrés tels que les condensats de Bose-Einstein, les condensats fermioniques, la matière nucléaire, le liquide de spin quantique, le liquide string-net, le fluide supercritique, le condensat de verre coloré, le plasma quark-gluon, [… ] mais dont les propriétés relèvent entièrement du domaine de la physique dominante. [Texte en gras de ma part.]

Le candidat le plus évident est une étoile à neutrons (voir étoile à neutrons), mais j'ai aussi entendu parler d'étoiles exotiques hypothétiques comme l'étoile Quark, mais je ne sais pas à quel point elles sont hypothétiques. Je recherche des objets de matière exotique qui pourraient (au moins théoriquement) être observés d'une manière ou d'une autre.

Je suis tombé sur l'article de Space.com Ces planètes extraterrestres «étranges» peuvent être faites de matière exotique:

Cependant, des recherches antérieures ont également indiqué que des planètes faites de matière étrange pourraient exister et que les scientifiques pourraient distinguer ces planètes des planètes faites de matière conventionnelle via leurs densités. Les planètes normales ont des densités qui ne dépassent pas 1 870 livres. par pied cube (30 grammes par centimètre cube). En revanche, les planètes étranges auraient généralement des densités de près de 25 millions de milliards de livres. par pied cube (400 billions de grammes par centimètre cube), ont déclaré Geng et ses collègues. (À titre de comparaison, l'or a une densité d'environ 1 200 livres par pied cube, soit près de 19,3 grammes par centimètre cube.)

Cela ajoute des exoplanètes de matière étrange à ma liste d'objets astronomiques de matière exotique, n'est-ce pas ? Y a-t-il d'autres objets de matière exotique qui me manquent ?


Ces planètes extraterrestres «étranges» peuvent être faites de matière exotique

Tous les mondes mystérieux sont en orbite autour d'étoiles à neutrons superdenses.

Les astronomes ont identifié environ une demi-douzaine d'exoplanètes qui pourraient être constituées d'une matière exotique connue sous le nom de « matière étrange » inconnue sur Terre.

Les atomes qui composent la matière conventionnelle ont des noyaux constitués de protons et de neutrons, et les protons et les neutrons sont composés de particules subatomiques appelées quarks. Il existe six types de quarks : haut, bas, étrange, charme, bas et haut. Les quarks up et down sont les plus légers. Chaque proton contient deux quarks up et un quark down, tandis que chaque neutron a deux quarks down et un quark up.

Les scientifiques ont créé d'étranges quarks par de puissantes collisions dans des accélérateurs de particules, mais ces quarks se sont rapidement désintégrés en particules plus stables. Cependant, des recherches antérieures ont suggéré que les quarks étranges pourraient s'avérer stables dans les cadavres stellaires superdenses connus sous le nom de étoiles à neutrons.

Les étoiles à neutrons sont les restes de grandes étoiles qui sont mortes dans des explosions cataclysmiques connues sous le nom de supernova, chacun entassant une masse d'environ 1,3 à 2,5 fois celle du soleil dans une sphère de la taille d'une ville d'environ 20 kilomètres de diamètre. Leur nom dérive de leur composition exotique : la puissante attraction gravitationnelle de ces restes écrase les protons et les électrons pour former des neutrons.

En théorie, aux pressions extrêmes rencontrées dans le cœur des étoiles à neutrons particulièrement lourdes, les neutrons pourraient se décomposer en une soupe de leurs quarks constitutifs. Des travaux antérieurs suggéraient qu'avec une pression suffisante, la moitié des quarks down des neutrons pourraient se transformer en quarks étranges, conduisant à étoiles de quark étranges fait de matière étrange.

En principe, la matière étrange devrait être plus lourde et plus stable que la matière normale. De plus, il pourrait même être capable de convertir la matière ordinaire qu'il rencontre en une matière plus étrange. Des recherches antérieures ont suggéré qu'une étoile à quarks étrange qui émet occasionnellement de la matière étrange pourrait rapidement convertir une étoile à neutrons en orbite autour d'elle dans un système binaire en une étoile à quarks étrange en seulement 1 milliseconde à 1 seconde.

Des travaux antérieurs ont également suggéré que les étoiles à neutrons et les étoiles à quarks étranges devraient avoir des densités moyennes très similaires, a déclaré Jin-Jun Geng, astrophysicien à l'Université de Nanjing en Chine et co-auteur de la nouvelle recherche qui a identifié des exoplanètes potentiellement constituées de matière étrange. Cela rendrait difficile de les distinguer les unes des autres et donc de voir si les étoiles à quarks étranges sont réelles.

Cependant, des recherches antérieures ont également indiqué que des planètes constituées de matière étrange pourraient exister et que les scientifiques pourraient distinguer ces planètes des planètes constituées de matière conventionnelle via leurs densités. Les planètes normales ont des densités qui ne dépassent pas 1 870 livres. par pied cube (30 grammes par centimètre cube). En revanche, les planètes étranges auraient généralement des densités de près de 25 millions de milliards de livres. par pied cube (400 billions de grammes par centimètre cube), ont déclaré Geng et ses collègues. (À titre de comparaison, l'or a une densité d'environ 1 200 livres par pied cube, soit près de 19,3 grammes par centimètre cube.)

"Alors qu'une étoile à quarks étrange est très similaire à une étoile à neutrons, la différence entre une planète étrange et une planète normale est énorme", a déclaré Geng à Space.com.

La densité extraordinaire des planètes étranges signifie qu'elles peuvent survivre même si elles s'approchent à moins de 14,7 miles (23,7 km) d'une étrange étoile quark qu'elles orbitent, frôlant pratiquement sa surface. En revanche, l'orbite d'une planète normale ne peut la rapprocher que d'environ 348 000 miles (560 000 km) avant d'être déchirée par l'attraction gravitationnelle de l'étoile morte, ont déclaré les chercheurs.

Maintenant, sur la base de cette caractéristique de ces mondes étranges, des scientifiques chinois disent qu'ils ont peut-être détecté quatre bons candidats pour des planètes étranges. Ces exoplanètes tournent autour pulsars &mdash étoiles à neutrons en rotation rapide qui semblent clignoter comme des phares de notre point de vue ici sur Terre &mdash sur des orbites d'environ 348 000 miles (560 000 km) ou moins. Les chercheurs ont également découvert deux autres planètes qui n'ont pris que légèrement plus de temps pour terminer une orbite et pourraient donc également être des candidates pour des planètes étranges.

Les chercheurs ont noté que des planètes étranges pourraient également orbiter autour de ce qui semble être naines blanches &mdash les restes d'étoiles normales qui ont brûlé tout l'hydrogène de leur cœur &mdash mais qui sont en fait d'étranges naines de quarks. Ils ont trouvé cinq exoplanètes autour de naines blanches en orbite suspicieusement près de ces restes stellaires, suggérant qu'il pourrait aussi s'agir d'étranges planètes.

Cependant, les scientifiques ont averti que ces planètes étranges potentielles pourraient en fait être des naines blanches, "qui sont également des objets relativement compacts qui pourraient être proches de leurs pulsars hôtes", a déclaré Geng.

Mais "les masses de nos candidats sont généralement inférieures à 10 masses de Jupiter", a déclaré Geng. En revanche, les naines blanches représentent généralement environ 150 à 1 200 fois la masse de Jupiter.

Une façon de déterminer potentiellement si ces exoplanètes sont constituées de matière étrange est de rechercher des ondes gravitationnelles provenant d'elles. Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu de l'espace et du temps qui sont générées à partir de tout objet dont la masse est en mouvement. De très fortes ondes gravitationnelles sont émises par de très grosses masses, telles que paires d'étoiles à neutrons s'écrasant les unes sur les autres.

Une planète étrange en orbite ou fusionnant avec une étrange étoile quark devrait émettre ondes gravitationnelles qui sont distincts de ceux émis par des paires d'étoiles à neutrons et de planètes normales en raison de la nature dense des planètes étranges, ont déclaré les chercheurs. Ils ont suggéré que le LIGO avancé en cours (Observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser) et le télescope Einstein proposé pourraient être en mesure de détecter les sursauts d'ondes gravitationnelles résultant de la fusion de planètes étranges et d'étoiles à quarks étranges.

"Nous pensons avoir proposé une méthode complètement nouvelle qui pourrait identifier efficacement des objets étranges de matière de quark", a déclaré Geng.

Les scientifiques ont détaillé leurs découvertes en ligne le 29 août dans un article soumis à The Astrophysical Journal.


Contenu

UNE étoile de quark est un objet hypothétique qui résulte de la décomposition de neutrons en leurs quarks up et down constitutifs sous pression gravitationnelle. Elle devrait être plus petite et plus dense qu'une étoile à neutrons et pourrait survivre indéfiniment dans ce nouvel état si aucune masse supplémentaire n'est ajoutée. Effectivement, c'est un très gros hadron. Les étoiles quarks qui contiennent de la matière étrange sont appelées étoiles étranges.

Sur la base des observations publiées par le Chandra X-Ray Observatory le 10 avril 2002, deux objets, désignés RX J1856.5-3754 et 3C58, ont été suggérés comme candidats étoiles quarks. Le premier semblait être beaucoup plus petit et le second beaucoup plus froid que prévu pour une étoile à neutrons, suggérant qu'ils étaient composés d'un matériau plus dense que le neutronium. Cependant, ces observations ont été accueillies avec scepticisme par les chercheurs qui ont déclaré que les résultats n'étaient pas concluants. [ qui? ] Après une analyse plus approfondie, RX J1856.5-3754 a été exclu de la liste des candidats quark étoiles. [1]

Un étoile électrofaible est un type théorique d'étoile exotique dans lequel l'effondrement gravitationnel de l'étoile est empêché par la pression de rayonnement résultant de la combustion électrofaible, c'est-à-dire l'énergie libérée par la conversion des quarks en leptons par la force électrofaible. Ce processus se produit dans un volume au cœur de l'étoile approximativement de la taille d'une pomme et contenant environ deux masses terrestres. [2]

L'étape de la vie d'une étoile qui produit une étoile électrofaible est théorisée pour se produire après l'effondrement d'une supernova. Les étoiles électrofaibles sont plus denses que les étoiles à quarks et peuvent se former lorsque l'attraction gravitationnelle ne peut plus être résistée par la pression de dégénérescence des quarks, mais peut toujours être résistée par la pression de rayonnement électrofaible. [3] Cette phase de la vie d'une étoile peut durer plus de 10 millions d'années. [2] [3] [4] [5]

UNE étoile de préon est un type proposé d'étoile compacte constituée de préons, un groupe de particules subatomiques hypothétiques. Les étoiles à préons devraient avoir des densités énormes, dépassant 10 23 kg/m 3 . Elles peuvent avoir des densités plus élevées que les étoiles à quarks et les étoiles à neutrons, bien qu'elles soient plus petites mais plus lourdes que les naines blanches et les étoiles à neutrons. [6] Les étoiles préon pourraient provenir d'explosions de supernova ou du Big Bang. De tels objets pourraient être détectés en principe par lentille gravitationnelle des rayons gamma. Les étoiles à préon sont un candidat potentiel pour la matière noire. Cependant, les observations actuelles [7] des accélérateurs de particules dénoncent l'existence des préons, ou du moins ne donnent pas la priorité à leur investigation, puisque le seul détecteur de particules actuellement capable d'explorer les très hautes énergies (le Large Hadron Collider) n'est pas conçu spécifiquement pour cela. et son programme de recherche est orienté vers d'autres domaines, tels que l'étude du boson de Higgs, du plasma de quarks et de gluons et des preuves liées à la physique au-delà du modèle standard.

En relativité générale, si une étoile s'effondre à une taille inférieure à son rayon de Schwarzschild, un horizon des événements existera à ce rayon et l'étoile deviendra un trou noir. Ainsi, la taille d'une étoile à préons peut varier d'environ 1 mètre avec une masse absolue de 100 Terres à la taille d'un pois avec une masse à peu près égale à celle de la Lune.

UNE étoile du boson est un objet astronomique hypothétique formé de particules appelées bosons (les étoiles conventionnelles sont formées principalement de protons, qui sont des fermions, mais sont également constituées de noyaux d'hélium-4, qui sont des bosons). Pour que ce type d'étoile existe, il doit y avoir un type stable de boson avec une interaction auto-répulsive. Une particule candidate possible [8] est l'"axion" encore hypothétique (qui est également un candidat pour le "pas encore détecté" de matière noire non baryonique", qui semblent composer environ 25 % de la masse de l'Univers). Il est théorisé [9] que contrairement aux étoiles normales (qui émettent des radiations dues à la pression gravitationnelle et à la fusion nucléaire), les étoiles à bosons seraient transparentes et invisibles. L'immense gravité d'une étoile à boson compacte courberait la lumière autour de l'objet, créant une région vide ressemblant à l'ombre de l'horizon des événements d'un trou noir. Comme un trou noir, une étoile à boson absorberait la matière ordinaire de son environnement, mais à cause de la transparence, la matière (qui se réchaufferait probablement et émettrait un rayonnement) serait visible en son centre. Les simulations suggèrent que les étoiles à bosons en rotation auraient la forme d'un beignet, car les forces centrifuges donneraient la matière bosonique qui se forme.

À partir de 2018 [mise à jour] , il n'y a aucune preuve significative que de telles étoiles existent. Cependant, il peut devenir possible de les détecter par le rayonnement gravitationnel émis par une paire d'étoiles à bosons en co-orbite. [10] [11]

Les étoiles à bosons se sont peut-être formées par effondrement gravitationnel au cours des étapes primordiales du Big Bang. [12] Au moins en théorie, une étoile à boson supermassif pourrait exister au cœur d'une galaxie, ce qui peut expliquer plusieurs des propriétés observées des cœurs galactiques actifs. [13]

Les étoiles à bosons ont également été proposées comme objets candidats à la matière noire [14] et il a été émis l'hypothèse que les halos de matière noire entourant la plupart des galaxies pourraient être considérés comme d'énormes « étoiles à bosons ». [15]

Les étoiles à bosons compacts et les coquilles de bosons sont souvent étudiées impliquant des champs comme les champs scalaires complexes massifs (ou sans masse), le champ de jauge U(1) et la gravité à potentiel conique. La présence d'une constante cosmologique positive ou négative dans la théorie facilite l'étude de ces objets dans les espaces de Sitter et anti-de Sitter. [16] [17] [18] [19] [20]

Braaten, Mohapatra et Zhang ont émis l'hypothèse qu'un nouveau type d'étoile à axions denses pourrait exister dans lequel la gravité est équilibrée par la pression de champ moyen du condensat d'axions de Bose-Einstein. [21] La possibilité que des étoiles à axions denses existent a été contestée par d'autres travaux qui ne soutiennent pas cette affirmation. [22]

Dans la gravité quantique à boucle, une étoile de Planck est un objet astronomique théoriquement possible qui est créé lorsque la densité d'énergie d'une étoile en effondrement atteint la densité d'énergie de Planck. Dans ces conditions, en supposant que la gravité et l'espace-temps sont quantifiés, il se produit une « force » répulsive dérivée du principe d'incertitude de Heisenberg. En d'autres termes, si la gravité et l'espace-temps sont quantifiés, l'accumulation de masse-énergie à l'intérieur de l'étoile de Planck ne peut pas s'effondrer au-delà de cette limite pour former une singularité gravitationnelle car cela violerait le principe d'incertitude de l'espace-temps lui-même. [23]


La collision d'étoiles à neutrons met en lumière l'étrange matière qui pèse un milliard de tonnes par cuillère à café

Les étoiles à neutrons font partie des nombreux mystères de l'univers que les scientifiques s'efforcent de percer. Les corps célestes sont incroyablement denses et leurs morts dramatiques sont l'une des principales sources d'or de l'univers. Mais au-delà de cela, on ne sait pas grand-chose sur les étoiles à neutrons, pas même leur taille ou de quoi elles sont faites. Une nouvelle collision stellaire signalée plus tôt cette année pourrait faire la lumière sur la physique de ces objets inhabituels.

Comme le rapporte Science News, la collision de deux étoiles à neutrons - les noyaux restants d'étoiles massives qui se sont effondrées - a été observée via la lumière des ondes gravitationnelles. Lorsque les deux petites étoiles se sont croisées, elles ont fusionné pour créer un seul grand objet. La nouvelle star s'est effondrée peu de temps après sa formation, mais le temps exact qu'il a fallu pour périr révèle des détails clés sur sa taille et sa composition.

Une chose que les scientifiques savent sur les étoiles à neutrons, c'est qu'elles sont vraiment très denses. Lorsque les étoiles deviennent trop grosses pour supporter leur propre masse, elles s'effondrent, comprimant leurs électrons et leurs protons ensemble en neutrons. L'étoile à neutrons qui en résulte place toute cette matière dans un espace restreint - les scientifiques estiment qu'une cuillère à café de la substance à l'intérieur d'une étoile à neutrons pèserait un milliard de tonnes.

Ce type de matière est impossible à recréer et à étudier sur Terre, mais les scientifiques ont avancé quelques théories quant à ses propriétés spécifiques. L'une est que les étoiles à neutrons sont molles et cèdent comme des Play-Doh stellaires. Une autre école de pensée postule que les étoiles sont rigides et équipées pour résister à des pressions extrêmes.

Selon les simulations, une étoile à neutrons mous mettrait moins de temps à s'effondrer qu'une étoile dure car elle est plus petite. Au cours de l'événement récemment enregistré, les astronomes ont observé un bref éclair de lumière entre la collision et l'effondrement des étoiles à neutrons. Cela indique qu'une nouvelle étoile en rotation, maintenue par la vitesse de sa rotation, a existé pendant quelques millisecondes plutôt que de s'effondrer immédiatement et de disparaître dans un trou noir. Cela soutient la théorie des étoiles à neutrons durs.

Armés d'une idée plus précise de la composition de l'étoile, les scientifiques peuvent désormais imposer des contraintes sur leur gamme de tailles. Un groupe de chercheurs a déterminé la plus petite taille possible pour une étoile à neutrons avec 60 pour cent de masse en plus que notre soleil à 13,3 miles de diamètre. À l'autre extrémité du spectre, les scientifiques déterminent que les plus grosses étoiles à neutrons deviennent plus petites que plus grosses. Dans la collision, une étoile plus grosse aurait survécu des heures ou potentiellement des jours, soutenue par son propre poids, avant de s'effondrer. Sa courte existence suggère qu'il n'était pas si énorme.

Les astronomes en savent plus que jamais sur les étoiles à neutrons, mais leur nature mystérieuse est encore loin d'être entièrement comprise. La matière à leur cœur, qu'il s'agisse de quarks flottants ou de particules subatomiques constituées de quarks plus lourds, pourrait changer toutes les équations qui ont été écrites jusqu'à présent. Les astronomes continueront de chercher dans le ciel des indices qui démystifieront les objets étranges.


Des objets de matière étranges autres que les étoiles à neutrons ? - Astronomie

Nulle part le paradigme gravitationnel de la cosmologie ne montre plus d'étrangeté que dans les phénomènes compacts de haute énergie dans l'espace lointain. Un rapport dans la revue Nature du 15 novembre propose qu'une étoile récemment découverte "est faite d'une substance exotique appelée "matière étrange" jamais vue sur Terre". En d'autres termes, il peut s'agir d'une “étoile étrange”. Cette suggestion étrange vient des mathématiques décrivant les étoiles qui génèrent des impulsions rapides de rayonnement, communément appelées « pulsars ». On pense que les impulsions de rayons X sont dues à un faisceau rotatif de rayons X qui clignote vers la Terre une fois par révolution comme un phare cosmique.

Crédit photo : W. Feimer (Allied Signal), GSFC, NASA

Ce modèle apparemment simple a commencé à montrer des signes de déformation il y a de nombreuses années lorsque le premier pulsar milliseconde a été découvert. Pour clignoter (tourner) plusieurs fois par seconde, un pulsar devrait être très compact, avec seulement quelques kilomètres de diamètre. Mais générer des rayons X de manière gravitationnelle nécessite une concentration extrême de matière pour accélérer les particules à une énergie suffisamment élevée pour que, lorsqu'elles frappent l'étoile, des rayons X soient produits. Les seuls objets qui répondent théoriquement à cette exigence sont les étoiles à neutrons et les trous noirs. Les deux types d'objets sont bien en dehors de notre expérience.

La découverte d'un pulsar à rayons X SAX J1808.4-3658 (J1808 pour faire court), situé dans la constellation du Sagittaire, qui clignote tous les 2,5 millièmes de seconde (soit 24 000 tr/min !) va bien au-delà de la ligne rouge même pour une étoile à neutrons. Ainsi, une autre exigence ad hoc s'ajoute à la liste déjà longue – ce pulsar doit être composé de quelque chose d'encore plus dense que les neutrons emballés – matière étrange !

Lorsque les astrophysiciens ont des difficultés avec leurs modèles, ils se tournent traditionnellement vers les physiciens nucléaires. (Ils ont été appelés pour expliquer les neutrinos solaires manquants). Le reportage continue : « On pense que les éléments constitutifs les plus fondamentaux de la matière nucléaire sont des particules appelées quarks. Les particules nucléaires ‘régulières’ ou ‘nucléons’ – les protons et les neutrons – sont composés de quarks ‘up’ et ‘down’ : deux quarks up et un quark down forment un proton, tandis qu'un neutron se compose de deux downs et d'un up. Mais il existe au moins quatre autres types de quarks, plus exotiques, parmi lesquels le quark dit « étrange ». Dans les nucléons, les quarks sont supposés exister en groupes de trois inséparables, c'est pourquoi personne n'a jamais vu de quark isolé. Mais à des densités de matière extrêmement élevées, les quarks peuvent devenir découplés ou "déconfinés". La « matière étrange » est un mélange de quarks haut, bas et étranges déconfinés. Les physiciens espèrent que les nouveaux collisionneurs de particules actuellement en construction, comme le Large Hadron Collider au CERN à Genève, créeront des conditions suffisamment extrêmes pour libérer les quarks. Mais l'Univers est peut-être arrivé en premier. X.-D. Li de l'Université de Nanjing, en Chine, et la suggestion de ses collègues selon laquelle J1808 est une étoile étrange suit un petit nombre de propositions similaires pour d'autres objets astrophysiques qui émettent des rafales de rayons X. Les sursauts de rayons X de ces objets sont des signes d'une activité violente d'une sorte qui ne devient possible que lorsque la matière est poussée à l'extrême.

Je pense que J R Saul a souligné le problème de langue que nous voyons ici lorsqu'il a écrit :

« Dix géographes qui pensent que le monde est plat auront tendance à se renforcer les uns les autres. S'ils ont un dialecte privé pour le faire, il devient impossible pour les étrangers d'être en désaccord avec eux. Seul un marin peut les redresser. La dernière personne qu'ils veulent rencontrer est quelqu'un qui, libéré des contraintes de l'expertise, a navigué autour du monde. J R Saul, Voltaire's Bastards.

Le lauréat du prix Nobel, Irving Langmuir, a inventé le terme « science pathologique » pour « la science des choses qui ne le sont pas ».

Deux symptômes clés d'une telle science sont :

(1) le recours à des théories fantastiques contraires à notre expérience, et

(2) l'utilisation d'exigences ad hoc pour sauvegarder les apparences.

Irving Langmuir

Si nous appliquons ces critères, deux disciplines qui partagent les honneurs de la ligne pour la science pathologique ou étrange sont la cosmologie et la physique des particules. Ils traitent tous les deux d'objets invisibles - étoiles à neutrons, trous noirs, quarks, etc. Ils produisent tous deux des exigences ad hoc fantastiques pour expliquer les nouvelles découvertes - matière noire, objets super-lourds et particules exotiques. Ils s'infectent mutuellement avec leurs exigences théoriques à la fois pour sauver les apparences et convaincre les gouvernements de dépenser de grosses sommes d'argent pour la recherche de super-collisionneurs afin de rejouer des morceaux d'un hypothétique Big Bang, ou de construire des télescopes à ondes gravitationnelles lorsque nous n'avons aucune preuve. les vagues existent. Le rapport ci-dessus met en évidence une science aussi étrange.

Ce n'est pas de la matière ordinaire, mais des modèles scientifiques qui sont poussés à l'extrême. Einstein a prévenu : « La plupart des erreurs en philosophie et en logique se produisent parce que l'esprit humain est susceptible de prendre le symbole de la réalité ». Les étoiles à neutrons et les quarks n'ont jamais été vus. Ils sont dérivés de symboles mathématiques. Prenons d'abord les quarks. Il n'y a pas grand-chose à suggérer que des éclats d'obus provenant de collisionneurs à haute énergie existent dans la matière normale. Si une énergie énorme est dépensée pour briser un proton pour débloquer les quarks hypothétiques, alors l'énergie elle-même peut se manifester sous forme de particules qui ne jouent aucun rôle dans la matière ordinaire. Piloter un 747 à flanc de montagne et fouiller les ruines n'est pas le meilleur moyen de découvrir comment fonctionne un avion. Suggérer qu'une étoile peut être composée de manière stable de particules non observées simplement parce qu'une théorie des objets invisibles et super-lourds exige qu'elle en demande trop !

Voici quelques-unes des nombreuses hypothèses non énoncées qui sous-tendent le modèle de pulsar à rayons X :

(mes commentaires sont en italique)

1. On suppose que la physique de la matière neutre et des gaz parfaits sur Terre peut être utilisée pour expliquer le fonctionnement des boules de plasma incandescentes que nous appelons étoiles.

99,999 % de l'univers est constitué de plasma. Il n'est pas nécessairement électriquement neutre et ne se comporte pas comme un gaz parfait.

2. On suppose que tout le plasma interstellaire est principalement un gaz supraconducteur ionisé, non chargé, capable de piéger et de transporter des champs magnétiques.

Le plasma n'est pas un supraconducteur, les champs magnétiques ne peuvent donc pas y être piégés. L'origine des champs magnétiques n'est pas claire d'après la théorie standard. L'UNIVERS ELECTRIQUE® propose que les champs magnétiques et les filaments de plasma dans l'espace soient formés par des courants électriques dans un plasma chargé. (Aucun livre sur l'astronomie ne mentionne les effets électriques).

3. On suppose que nous comprenons comment notre Soleil et les autres étoiles brillent, évoluent et meurent ou forment un jour des étoiles à neutrons.

Nous ne comprenons pas le champ magnétique du Soleil, la couronne chaude, le vent solaire, le cycle solaire, la variabilité des rayons X, les éjections de masse coronale, les taches solaires, le faible nombre de neutrinos, etc., etc.

4. On suppose que nous comprenons ce qui cause une explosion de supernova.

Le nombre d'hypothèses ad hoc requises pour une explosion mécanique à la suite d'une implosion stellaire soudaine aboutit à une explication hautement improbable. SN1987A a montré que de telles explosions ne sont pas symétriques sphériquement.

5. On suppose qu'une supernova peut "serrer" des protons et des électrons stellaires ensemble pour former des neutrons.

Une conjecture sauvage de premier ordre. Le modèle intègre de nombreuses hypothèses non prouvées sur la structure interne invisible des étoiles. Si l'implosion n'est pas à symétrie sphérique, il peut y avoir une pression insuffisante pour forcer les protons et les électrons à fusionner, même si cela était possible. Il n'est pas tenu compte des effets électriques. Notre propre Soleil avec une densité moyenne à peine supérieure à celle de l'hydrogène pur montre que des forces électrostatiques sont à l'œuvre dans les étoiles pour compenser les forces de compression.

6. On suppose qu'il est possible de former une étoile à neutrons stable.

Lorsqu'ils ne sont pas associés aux protons d'un noyau, les neutrons se désintègrent en protons et en électrons en quelques minutes. Les noyaux atomiques avec trop de neutrons sont instables. S'il était possible de former une étoile à neutrons, pourquoi devrait-elle être stable ?

7. On suppose qu'une supernova peut comprimer davantage les neutrons jusqu'à ce qu'ils fassent éclater leurs quarks.

Une conjecture sauvage de second ordre.

8. On suppose qu'il est possible d'avoir un objet massif stable composé de quarks.

Une conjecture sauvage de troisième ordre basée sur les pathologies de l'astrophysique et de la physique nucléaire. C'est un objet invisible composé de matière invisible.

9. On suppose qu'une étoile à neutrons peut convertir l'énergie de la matière tombante en faisceaux de rayons X pulsés et étroitement collimatés.

Il est difficile d'imaginer une manière plus improbable d'obtenir cet effet.

10. On suppose qu'un objet en rotation est nécessaire pour provoquer les pulsations.

Uniquement requis dans un modèle purement mécanique.

11. On suppose que la Nature néglige la méthode normale (et infiniment plus simple) de création de rayons X en accélérant des électrons dans un champ électrique.

12. On suppose que la Nature néglige le moyen le plus simple de créer un rayonnement pulsé par un cycle d'oscillateur à relaxation charge-décharge (où la charge électrique s'accumule lentement jusqu'à ce qu'un seuil soit atteint et qu'une décharge soudaine se produise).

13. On suppose que la Nature ignore le moyen le plus simple de créer un faisceau de rayons X et un jet de particules hautement collimatés (si les observations l'exigent) en utilisant l'effet de focalisation du plasma.

Est-ce de la science ou de la science-fiction ?

Le modèle ELECTRIC UNIVERSE® part du principe que la nature sait ce qu'il y a de mieux. Il ne nécessite pas de matière étrange ou d'étoile étrange. Les impulsions de rayons X sont provoquées par des décharges électriques régulières entre deux ou plusieurs corps en orbite, normalement constitués, chargés électriquement. C'est une manifestation d'un arc périodique au lieu d'une étoile en rotation. Si le rayonnement du rayonnement se produit, cela devrait être vérifiable ici sur Terre en laboratoire en étudiant le dispositif de focalisation du plasma.

Le modèle ELECTRIC UNIVERSE® abandonne le dogme newtonien selon lequel la gravité est la force motrice du cosmos. Cela permet la possibilité que la caractéristique fondamentale de la matière normale - sa charge électrique - joue le rôle le plus important. Donc, si les télescopes à ondes de gravité détectent quoi que ce soit, ce ne seront pas des ondes de gravité provenant d'objets super-lourds. Et les physiciens des particules qui essaient de comprendre comment l'univers a été construit à partir de matière étrange au début du Big Bang perdent leur temps. L'astronome Halton Arp, auteur de l'Atlas des galaxies particulières, a réfuté de manière concluante la théorie d'un univers en expansion et a ainsi détruit le fondement de la théorie du Big Bang.

Pendant ce temps, les physiciens des plasmas et les ingénieurs électriciens attendent dans les coulisses que ces astrophysiciens et physiciens nucléaires défilent en public leur étrange science pour descendre de scène. Ce serait amusant si ce n'était pas si sérieux. Mais cela nous coûte cher et freine de réels progrès.


Décoller une étoile à neutrons

Titre: Propriétés de la matière de haute densité dans les étoiles à neutrons
Auteurs: F. Weber, G.A. Contrera, M.G. Orsaria, W. Spinella, O. Zubairi
Établissement du premier auteur : Département de physique, Université d'État de San Diego

Les étoiles à neutrons sont les restes de noyaux d'étoiles progénitrices massives et contiennent les états de matière les plus extrêmes détectables dans l'Univers. Alors que beaucoup d'efforts ont été consacrés à l'examen de la matière à des densités et des températures extrêmes dans les environnements terrestres (par exemple des expériences telles que le collisionneur d'ions lourds relativistes, LHC, etc.), les étoiles à neutrons nous offrent un rare aperçu de la façon dont ces états de la matière se produisent dans la nature. .

Aux densités extrêmes trouvées à l'intérieur des étoiles à neutrons, les atomes sont si denses que de nouveaux états de la matière peuvent exister. Alors que les étoiles à neutrons sont en elles-mêmes des environnements extrêmes, il est possible que la matière se transforme en quelque chose d'encore plus exotique grâce à une augmentation de la densité. Le principal exemple en est le déconfinement des quarks, dans lequel les particules fondamentales (par exemple les électrons et les neutrons) se décomposent en leurs quarks constitutifs. Les quarks n'existent normalement pas sous forme de particules libres, mais cela peut se produire sous les températures et densités extrêmes auxquelles se produit le déconfinement des quarks. Dans l'hypothèse de la matière étrange des quarks, une étoile à quarks pourrait résulter si la matière des quarks est plus stable que la matière ordinaire (Fig. 1).

Fig. 1 : Les structures prédites d'une étoile à quarks et d'une étoile à neutrons.

Les étoiles à neutrons tournent généralement à des fréquences de rotation élevées (que nous observons sous forme de pulsars), et cette rotation peut également induire des changements intéressants dans sa structure. Une grande vitesse de rotation peut modifier la densité du noyau d'une étoile par le biais des forces centrifuges (c'est-à-dire qu'une rotation plus rapide entraîne une diminution de la densité). Ce changement de densité peut conduire à une transition de phase entre les baryons et leurs quarks constitutifs. La transformation résultante de l'état de la matière modifiera le moment d'inertie de l'étoile. Un moment d'inertie différent affectera par la suite la vitesse de rotation d'une étoile à neutrons, provoquant une augmentation de la rotation. Normalement, les étoiles à neutrons ralentissent avec le temps, et donc leurs densités centrales augmentent légèrement en raison d'un manque de forces centrifuges. Si ce scénario se produit, nous devrions être en mesure d'observer une augmentation soudaine de la vitesse de rotation d'une étoile à neutrons, un effet connu sous le nom de “backbending”. En examinant le comportement de freinage des pulsars au fil du temps, il pourrait être possible de détecter des signes de déconfinement des quarks se produisant dans le cœur.

La structure et la composition des étoiles à neutrons peuvent également être affectées par leurs champs magnétiques. Les étoiles à neutrons sont probablement déformées en sphéroïdes aplatis en raison des champs magnétiques extrêmement puissants qu'elles produisent. Cet aplatissement résultant peut augmenter la masse maximale de l'étoile à neutrons qui peut être supportée par la pression de dégénérescence des neutrons.

Bien que de nombreux travaux théoriques aient été réalisés pour modéliser la structure des étoiles à neutrons et des étoiles à quarks, une grande partie de ces éléments doit encore être vérifiée par observation. Future data from telescopes like such as the Chandra X-ray Observatory and ground based detectors such as the Square Kilometer Array (SKA) will provide insights into the physics of these extreme objects. If the strange matter hypothesis holds true, the transitional state between a neutron star and quark star (known as a quark nova) could explain the origins of gamma-ray bursts, production of certain heavy elements, and anomalously luminous supernovae.


A nuclear pasta restaurant

In the heart of neutron stars, neutronium is found in two phases (similar to ice and water) which generates curious shapes the deeper we penetrate into the dead star. Near the surface neutronium is homogeneous, but as we descend small spheres soon appear, similar in appearance to gnocchi. If we continue to go deeper, the gnocchi is compressed and gives way to some cylindrical rod-like structures that look like spaghetti. Further still, some flat sheets emerge that evoke lasagne appropriately, this neutron pantry is known as nuclear pasta.


"Strange Stars" Could Be the Weirdest Objects in the Universe

Physics tells us they could theoretically exist forever, though we've never spotted one.

When an incredibly massive star supernovas, it leaves behind one of two things: a neutron star or a black hole. Neutron stars are the leftover cores of massive stars after they have ejected all their other material. They are incredibly small, only about 20 kilometers in diameter, or 175 times smaller than the moon. But these objects have about 1.4 times the mass of our sun, making them incredibly dense (just one teaspoon of material from a neutron star would weigh a billion tons in Earth gravity).

If a neutron star is dense enough, it will warp the very fabric of space-time and become a black hole. But our physical models of the universe suggest that something else might happen to astronomically dense neutron stars that are not quite dense enough to collapse into black holes&mdashthey might turn into what are known as "strange stars," or strange quark stars. These theoretical and mysterious objects are the subject of a wonderful new episode from the aptly named YouTube channel Space Time.

When a massive star runs out of fusion fuel and collapses, the individual neutrons of separate atoms smash together. All the electrons and protons are also crushed together to form additional neutrons, creating a substance that is just a flowing mass of almost pure neutrons. When this neutron substance, called neutronium, grows to about 10 kilometers in diameter, the rest of the collapsing material from the star ricochets off it and causes a massive explosion&mdasha supernova.

What remains is a neutron star, and at the very core of that star, it is possible that conditions are so dense that the neutrons begin to overlap and occupy the same quantum state. In these conditions, it is possible that the neutrons break down into their component elementary particlescalled quarks.

Physicists have successfully created minuscule amounts of quark-gluon plasma for small fractions of a second in the Large Hadron Collider, and they have been able to deduce information about quarks from the particles that decay from this quark-gluon plasma. (Gluon is a subatomic particle believed to bind quarks together.)

In the center of a neutron star, however, the immense pressure would force the quarks into a superfluid rather than a plasma. (A superfluid is a fluid with no viscosity, and therefore can flow without losing any energy.) This quark superfluid would have a greater density than even neutronium, if indeed it exists, and we call hypothetical neutron stars with quark superfluid cores quark stars.

There are six types, or "flavors," of quarks: up, down, strange, charm, top, and bottom. Neutrons are composed of one up quark and two down quarks, and if neutrons were to decay into quark matter inside a neutron star, this ratio of up and down quarks would not be stable except under immense pressures. However, it is possible that about half of the down quarks convert into strange quarks during the breakdown process of the neutrons. Quark matter with a third up, down, and strange quarks is known as strange matter.

Strange matter would allow the three types of quarks to exist at a very low energy state, making it possibly the most stable matter in the universe. It is therefore possible that entire stars are composed of strange matter&mdashstars that were big enough to supernova, but juste under the limit that would result in a black hole while over the limit that would produce a neutron star. On paper, a strange star, as these theoretical stars are called, could exist in our universe forever.

It's pretty mind-bending stuff, so kick back and watch the Space Time video above to try to get a better sense of all the strange things happening in our universe&mdashincluding electroweak stars, where quarks themselves are consumed by the massive heat and pressure at the center of an ultra-dense neutron star.


'Strange' glimpse into neutron stars and symmetry violation

Inner vertex components of the STAR detector at the Relativistic Heavy Ion Collider (righthand view) allow scientists to trace tracks from triplets of decay particles picked up in the detector's outer regions (left) to their origin in a rare "antihypertriton" particle that decays just outside the collision zone. Measurements of the momentum and known mass of the decay products (a pi+ meson, antiproton, and antideuteron) can then be used to calculate the mass and binding energy of the parent particle. Doing the same for the hypertriton (which decays into different "daughter" particles) allows precision comparisons of these matter and antimatter varieties. Credit: Brookhaven National Laboratory

New results from precision particle detectors at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) offer a fresh glimpse of the particle interactions that take place in the cores of neutron stars and give nuclear physicists a new way to search for violations of fundamental symmetries in the universe. The results, just published in Physique de la nature, could only be obtained at a powerful ion collider such as RHIC, a U.S. Department of Energy (DOE) Office of Science user facility for nuclear physics research at DOE's Brookhaven National Laboratory.

The precision measurements reveal that the binding energy holding together the components of the simplest "strange-matter" nucleus, known as a "hypertriton," is greater than obtained by previous, less-precise experiments. The new value could have important astrophysical implications for understanding the properties of neutron stars, where the presence of particles containing so-called "strange" quarks is predicted to be common.

The second measurement was a search for a difference between the mass of the hypertriton and its antimatter counterpart, the antihypertriton (the first nucleus containing an antistrange quark, discovered at RHIC in 2010). Physicists have never found a mass difference between matter-antimatter partners so seeing one would be a big discovery. It would be evidence of "CPT" violation—a simultaneous violation of three fundamental symmetries in nature pertaining to the reversal of charge, parity (mirror symmetry), and time.

"Physicists have seen parity violation, and violation of CP together (each earning a Nobel Prize for Brookhaven Lab[—), but never CPT," said Brookhaven physicist Zhangbu Xu, co-spokesperson of RHIC's STAR experiment, where the hypertriton research was done.

But no one has looked for CPT violation in the hypertriton and antihypertriton, he said, "because no one else could yet."

The previous CPT test of the heaviest nucleus was performed by the ALICE collaboration at Europe's Large Hadron Collider (LHC), with a measurement of the mass difference between ordinary helium-3 and antihelium-3. The result, showing no significant difference, was published in Physique de la nature in 2015.

Spoiler alert: The STAR results also reveal no significant mass difference between the matter-antimatter partners explored at RHIC, so there's still no evidence of CPT violation. But the fact that STAR physicists could even make the measurements is a testament to the remarkable capabilities of their detector.

The simplest normal-matter nuclei contain just protons and neutrons, with each of those particles made of ordinary "up" and "down" quarks. In hypertritons, one neutron is replaced by a particle called a lambda, which contains one strange quark along with the ordinary up and down varieties.

Such strange matter replacements are common in the ultra-dense conditions created in RHIC's collisions—and are also likely in the cores of neutron stars where a single teaspoon of matter would weigh more than 1 billion tons. That's because the high density makes it less costly energy-wise to make strange quarks than the ordinary up and down varieties.

For that reason, RHIC collisions give nuclear physicists a way to peer into the subatomic interactions within distant stellar objects without ever leaving Earth. And because RHIC collisions create hypertritons and antihypertritons in nearly equal amounts, they offer a way to search for CPT violation as well.

But finding those rare particles among the thousands that stream from each RHIC particle smashup—with collisions happening thousands of times each second—is a daunting task. Add to the challenge the fact that these unstable particles decay almost as soon as they form—within centimeters of the center of the four-meter-wide STAR detector.

The Heavy Flavor Tracker at the center of RHIC's STAR detector. Credit: Brookhaven National Laboratory

Fortunately, detector components added to STAR for tracking different kinds of particles made the search a relative cinch. These components, called the "Heavy-Flavor Tracker," are located very close to the STAR detector's center. They were developed and built by a team of STAR collaborators led by scientists and engineers at DOE's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). These inner components allow scientists to match up tracks created by decay products of each hypertriton and antihypertriton with their point of origin just outside the collision zone.

"What we look for are the 'daughter' particles—the decay products that strike detector components at the outer edges of STAR," said Berkeley Lab physicist Xin Dong. Identifying tracks of pairs or triplets of daughter particles that originate from a single point just outside the primary collision zone allows the scientists to pick these signals out from the sea of other particles streaming from each RHIC collision.

"Then we calculate the momentum of each daughter particle from one decay (based on how much they bend in STAR's magnetic field), and from that we can reconstruct their masses and the mass of the parent hypertriton or antihypertriton particle before it decayed," explained Declan Keane of Kent State University (KSU). Telling the hypertriton and antihypertriton apart is easy because they decay into different daughters, he added.

"Keane's team, including Irakli Chakeberia, has specialized in tracking these particles through the detectors to 'connect the dots,'" Xu said. "They also provided much needed visualization of the events."

As noted, compiling data from many collisions revealed no mass difference between the matter and antimatter hypernuclei, so there's no evidence of CPT violation in these results.

But when STAR physicists looked at their results for the binding energy of the hypertriton, it turned out to be larger than previous measurements from the 1970s had found.

The STAR physicists derived the binding energy by subtracting their value for the hypertriton mass from the combined known masses of its building-block particles: a deuteron (a bound state of a proton and a neutron) and one lambda.

"The hypertriton weighs less than the sum of its parts because some of that mass is converted into the energy that is binding the three nucleons together," said Fudan University STAR collaborator Jinhui Chen, whose Ph.D. student, Peng Liu, analyzed the large datasets to arrive at these results. "This binding energy is really a measure of the strength of these interactions, so our new measurement could have important implications for understanding the 'equation of state' of neutron stars," he added.

For example, in model calculations, the mass and structure of a neutron star depends on the strength of these interactions. "There's great interest in understanding how these interactions—a form of the strong force—are different between ordinary nucleons and strange nucleons containing up, down, and strange quarks," Chen said. "Because these hypernuclei contain a single lambda, this is one of the best ways to make comparisons with theoretical predictions. It reduces the problem to its simplest form."


Is there a way to detect strange quark stars even though they look like white dwarfs?

Neutron star vs a quark star. Credit: CXC/M. Weiss

Matter is built around quarks, forming the nuclei of the atoms and molecules. While there are six types of quarks, regular matter contains only two: up quarks and down quarks. Protons contain two ups and a down, while neutrons contain two downs and an up. On Earth, the other four types are only seen when created in particle accelerators. But some of them could also appear naturally in dense objects such as neutron stars.

The standard model for neutron stars holds that neutrons remain largely intact within their interior. Thus, a neutron star is like a huge atomic nucleus held together by gravity rather than the strong nuclear force. But astronomers don't fully understand how neutrons interact at extreme temperatures and densities. It's possible that within a neutron star, the neutrons break down into a soup of quarks, forming what is known as a quark star. Quark stars would look like neutron stars but would be slightly smaller.

If quark stars exist, then it's possible that high-energy up and down quarks could collide to create strange quarks. Strange quarks are much heavier than up and down quarks, so they would tend to form a new type of nucleon known as strangelets. A simple strangelet would consist of an up, down and a strange quark. Because strangelets are much denser than protons and neutrons, contact between the two would rip apart the protons and neutrons to create more strangelets. Essentially, if strange matter comes into contact with regular matter, it doesn't take long for it to be converted to strange matter. You could have everything from strange stars to strange planets.

Strange quarks can appear in regular nucleons. Credit: APS/Alan Stonebraker

While strange matter is an interesting idea, it isn't a popular one. To begin with, if strange quark matter forms in some neutron stars, it should form in all of them, causing them to collapse. But we see lots of neutron stars that are too large to be strange quarks. There's also the fact that strange quarks can appear within regular protons and neutrons. For example, although a proton is made of two up quarks and a down quark, that's really only an average. Quantum fluctuations mean that strange quarks can appear for short periods of time. But they aren't stable and don't convert nucleons into strange matter. So if strange matter does exist, it likely only exists within large, dense objects.

Still, it is worth looking for strange matter objects in the universe, and recently, a study has found a few candidates. The study searched for a type of object known as strange dwarfs. These hypothetical objects have a mass similar to a white dwarf, but instead of being made of regular matter in a degenerate state, they are made of strange quark matter. As a result, they would be much smaller than white dwarfs.

To find these objects, the team looked at data from the Montreal White Dwarf Database (MWDD), which has data on more than 50,000 white dwarfs. For about 40,000 of them, the database lists both the mass and surface gravity of the white dwarfs. The mass of a white dwarf can be determined by the Doppler shift of its light as it orbits a companion star or by gravitational lensing, while the surface gravity can be measured by the gravitational redshift of its light.

If you know the mass and surface gravity of a star, you can easily calculate its radius. The team did this and then compared the results to the mass and radius relation for white dwarfs. Most of them followed the relation, but eight of the stars didn't. They were much smaller in size and matched predictions for a quark dwarf.

The data of this work isn't strong enough to prove these objects are strange dwarfs, but they are worth further study. Something is strange about them, and it would be good to determine whether that's due to strange quarks or something else.