Deux pastèques de même poids trônent sur l'étal. L'une est mûre, juteuse, avec une peau épaisse. L'autre semble taillée dans du chêne : à l'intérieur, elle est totalement différente, et il est presque impossible de la comprimer. À première vue, ce sont des jumelles, mais qu'on les tapote – et la différence saute aux yeux. C'est à peu près ainsi que les astrophysiciens décrivent les « étoiles jumelles » – des étoiles à neutrons de même masse mais avec un contenu radicalement différent.
Dans une étoile à neutrons ordinaire, la matière est si comprimée que les atomes sont écrasés, et les protons avec les électrons fusionnent en neutrons. Cela ressemble à un noyau atomique géant de la taille d'une ville. Mais que se passe-t-il si, au centre même, la pression est si énorme que les neutrons se désagrègent en quarks – et qu'un cœur de quarks naît ? C'est précisément une telle transition de phase (un saut de densité, comme lors de la transformation de l'eau en glace) que les auteurs de l'étude ont examinée. Ils ont pris les données sur les masses et les rayons de plusieurs étoiles à neutrons mesurées par le télescope NICER, et y ont ajouté deux objets mystérieux – HESS J1731-347 et XTE J1814-338. Leurs rayons sont suspectement petits, environ 6 à 7 kilomètres.
Il s'avère que pour expliquer de telles étoiles minuscules, il faut un saut d'énergie très brutal – environ 600 à 700 MeV par femtomètre cube (c'est des centaines de fois plus que l'énergie libérée par la fission de l'uranium). Après la transition, la matière devient presque incompressible : la vitesse du son y approche celle de la lumière. Ainsi naît une seconde branche, « hybride », d'étoiles : à masse égale, le rayon chute de près de moitié par rapport à une étoile purement à neutrons. Le plus intéressant, c'est que ces étoiles jumelles se déforment beaucoup moins sous l'effet des forces de marée. Si l'une d'elles fusionne avec une autre en couple, les ondes gravitationnelles émises par cet événement seront nettement différentes des ondes habituelles. Cette différence pourra être détectée par les détecteurs de nouvelle génération.
Une cuillère à café de matière d'étoile à neutrons pèse environ un milliard de tonnes – à peu près comme le mont Everest. Mais dans le cœur de quarks, la densité peut être encore plusieurs fois supérieure.
Dans le roman « L'Œuf du dragon » de Robert Forward, on décrit la vie à la surface d'une étoile à neutrons, où la gravité et la densité monstrueuses créent des formes de matière totalement inconcevables.