Déverrouiller les anomalies de rotation des étoiles à neutrons : enseignements de la simulation quantique

Une collaboration entre physiciens quantiques et astrophysiciens, dirigée par Francesca Ferlaino et Massimo Mannarelli, a réalisé une avancée significative dans la compréhension des problèmes des étoiles à neutrons. Ils ont pu simuler numériquement cet énigmatique phénomène cosmique avec des atomes dipolaires ultrafroids. Cette recherche, maintenant publiée dans Lettres d'examen physiqueétablit un lien fort entre mécanique quantique et astrophysique et ouvre la voie à la simulation quantique d'objets stellaires depuis la Terre.

Les étoiles à neutrons fascinent et intriguent les scientifiques depuis la première signature détectée en 1967. Connues pour leurs éclairs périodiques et leur rotation rapide, les étoiles à neutrons comptent parmi les objets les plus denses de l'univers, avec une masse comparable à celle du soleil mais comprimée en un sphère d'environ 20 kilomètres de diamètre seulement.

Ces objets stellaires présentent un comportement particulier connu sous le nom de « problème », dans lequel l'étoile accélère soudainement sa rotation. Ce phénomène suggère que les étoiles à neutrons pourraient être en partie superfluides. Dans un superfluide, la rotation est caractérisée par de nombreux petits vortex, chacun transportant une fraction du moment cinétique. Un problème se produit lorsque ces vortex s'échappent de la croûte interne de l'étoile vers sa croûte externe solide, augmentant ainsi la vitesse de rotation de l'étoile.

L'ingrédient clé de cette étude réside dans le concept de « supersolide » – un état qui présente à la fois des propriétés cristallines et superfluides – qui devrait être un ingrédient nécessaire des problèmes d'étoiles à neutrons. Les vortex quantifiés se nichent dans le supersolide jusqu'à ce qu'ils s'échappent collectivement et soient par conséquent absorbés par la croûte externe de l'étoile, accélérant sa rotation. Récemment, la phase supersolide a été réalisée dans le cadre d'expériences avec des atomes dipolaires ultrafroids, offrant une opportunité unique de simuler les conditions au sein d'une étoile à neutrons.

L'étude menée par des chercheurs de l'Université d'Innsbruck et de l'Académie autrichienne des sciences ainsi que des Laboratori Nazionali del Gran Sasso et de l'Institut scientifique du Gran Sasso en Italie démontre que des problèmes peuvent survenir dans les supersolides ultrafroids, servant d'analogues polyvalents pour l'intérieur du neutron. étoiles. Cette approche révolutionnaire permet une exploration détaillée du mécanisme de pépin, y compris sa dépendance à la qualité du supersolide.

“Nos recherches établissent un lien étroit entre la mécanique quantique et l'astrophysique et offrent une nouvelle perspective sur la nature intérieure des étoiles à neutrons”, explique la première auteure Elena Poli. Les problèmes fournissent des informations précieuses sur la structure interne et la dynamique des étoiles à neutrons. En étudiant ces événements, les scientifiques peuvent en apprendre davantage sur les propriétés de la matière dans des conditions extrêmes.

“Cette recherche montre une nouvelle approche pour mieux comprendre le comportement des étoiles à neutrons et ouvre de nouvelles voies pour la simulation quantique d'objets stellaires à partir de laboratoires terrestres à basse énergie”, explique Francesca Ferlaino.