Une étoile à neutrons est ce qui reste après l'explosion d'une étoile massive. La matière y est si comprimée qu'une cuillère à café pèserait autant qu'une montagne. Mais ce qui se passe réellement dans les profondeurs, où les protons et les neutrons peuvent se désintégrer en quarks, reste une énigme.
Les auteurs de l'étude ont utilisé les données du télescope à rayons X NICER, qui a mesuré le rayonnement de deux pulsars — des étoiles à neutrons en rotation rapide qui nous envoient des signaux strictement périodiques. Pour l'un d'eux, PSR J0030+0451, la température de surface dépend fortement du modèle de chauffage choisi : elle diffère selon les scénarios A, B ou C. De cela découlent des estimations différentes du rayon de l'étoile, et donc des conclusions différentes sur sa structure interne.
Les scientifiques ont appliqué un modèle avec une vitesse du son constante dans la matière de quarks (CSS) et ont vérifié quels paramètres ne contredisent pas les observations. Il s'est avéré que si le saut de densité à la frontière entre la matière nucléaire ordinaire et la phase de quarks est faible, de nombreuses équations d'état fonctionnent de manière acceptable. Mais si le saut devient important, le modèle cesse de produire des étoiles suffisamment massives — or les astronomes ont déjà trouvé des étoiles à neutrons d'environ deux masses solaires.
De plus, les chercheurs ont vérifié leurs conclusions à l'aide des données d'un autre pulsar poids lourd, PSR J0740+6620, et du détenteur du record de vitesse de rotation, PSR J0952-0607. Il s'est avéré qu'une vitesse du son élevée dans le cœur de quarks aide à empêcher les étoiles massives de s'effondrer. Ainsi, en comparant différentes « recettes » de la matière avec de véritables objets cosmiques, on peut progressivement découvrir ce qui se passe au cœur même d'une étoile à neutrons.
Une cuillère à café de matière d'étoile à neutrons pèserait à peu près autant que tous les humains réunis sur Terre.
Dans le roman « L'Œuf du Dragon » de Robert Forward, on décrit la vie à la surface d'une étoile à neutrons, où, en raison de la gravité et de la densité extrêmes, le temps s'écoule un million de fois plus vite.