Si vous serrez une poignée de sable dans votre poing, il se compacte d'abord, puis commence à résister – les grains n'ont plus de place où aller. Dans les profondeurs d'une étoile à neutrons, il se passe quelque chose de similaire, mais au lieu de grains de sable, ce sont des particules élémentaires, et au lieu d'une main, c'est une gravité monstrueuse. Les particules obéissent au principe de Pauli (la loi qui interdit à deux particules identiques de se trouver dans le même état) et créent une pression extrêmement puissante simplement parce qu'elles refusent de se serrer. Cette pression est le principal bouclier qui empêche l'étoile de s'effondrer en trou noir.
Mais il n'y a pas que le « caractère » des particules. Elles interagissent aussi entre elles : elles s'attirent ou se repoussent, comme de minuscules aimants. De la force de ces interactions dépend l'élasticité de la matière de l'étoile – comme un ressort qui peut être mou ou rigide. Et à très basse température (à l'intérieur de l'étoile, aussi surprenant que cela puisse paraître, c'est le cas), les particules peuvent s'apparier, comme des danseurs qui préfèrent se déplacer ensemble. Ces paires modifient légèrement le tableau général de la pression, et leur influence est particulièrement notable si, au centre de l'étoile, la matière passe à l'état de matière de quarks – une forme encore plus dense et exotique.
Les auteurs de l'étude ont réuni les trois effets dans une équation d'état unique – une formule reliant pression et densité. Ils ont ensuite intégré cette équation dans les calculs de structure stellaire et l'ont comparée aux observations astronomiques. Il s'avère que la pression quantique de Pauli est l'acteur principal, les interactions déterminent la rigidité, et les corrélations d'appariement ajoutent des touches subtiles mais importantes. Cela aide à expliquer pourquoi certaines étoiles à neutrons, pour une même masse, ont un rayon légèrement plus grand, et d'autres légèrement plus petit, et comment cela est lié au comportement mystérieux de la matière aux limites de la physique connue.
Une cuillère à café de matière d'étoile à neutrons pèserait à peu près comme le mont Everest – tant les particules y sont densément tassées.
Dans le roman « L'Œuf du Dragon » de Robert Forward, la vie à la surface d'une étoile à neutrons est décrite, où la gravité et la densité monstrueuses créent des formes d'existence totalement inconcevables.