Si l'on comprime une poignée de sable jusqu'à la taille d'une tête d'épingle, elle se transforme en pierre. Mais si l'on comprime encore plus fort — jusqu'à la densité du noyau atomique —, les grains de sable perdent leur forme. Les protons et les neutrons se dissolvent, et la matière devient une sorte de soupe de quarks libres. Dans les profondeurs des étoiles à neutrons, la pression est telle que cette soupe peut épaissir : les quarks commencent à s'agglutiner par paires, comme des gouttes de mercure sur du verre, et forment un fluide superfluide unique. C'est ce qu'on appelle la supraconductivité de couleur — un état dans lequel les quarks se déplacent sans frottement.
Les physiciens ont étudié une variété particulière de cette matière — la phase de verrouillage couleur-saveur (CFL), où les trois sortes de quarks s'apparient dans un ordre symétrique. Dans la matière nucléaire ordinaire, les neutrons finissent par se désintégrer, et l'étoile ne tient que grâce à la gravité. Mais dans la phase CFL, la colle à quarks est si résistante que l'étoile peut conserver sa forme sans pression externe — comme une goutte d'eau en apesanteur. Les auteurs ont calculé pour quelles forces d'attraction et de répulsion entre quarks une telle goutte ne s'effondre pas et ne se disperse pas.
Il s'avère que dans le cadre du modèle NJL — un schéma de travail pour décrire les interactions entre quarks — il existe toute une région de paramètres où la matière CFL est plus stable que la matière nucléaire ordinaire. Cela signifie que les objets compacts pourraient être non pas des étoiles à neutrons, mais des étoiles à quarks, de la croûte jusqu'au centre. Ce scénario s'accorde avec les données d'observation : aussi bien la composante supermassive de la fusion d'ondes gravitationnelles GW190814 (environ 2,6 masses solaires) que l'objet ultra-léger dans le rémanent de supernova HESS J1731-347 (0,77 masse solaire) trouvent une explication naturelle. Le premier est une étoile à quarks lourde, le second une étoile légère, mais toujours auto-liée.
Ce travail n'affirme pas que de telles étoiles existent réellement, mais il montre que les anomalies connues dans les masses des objets compacts cessent d'être des anomalies si l'on admet que la matière qui les compose est passée dans la phase CFL. C'est comme trouver la pièce manquante d'un puzzle — et soudain voir l'image complète.
Une étoile à quarks de la taille d'une ville (environ 10 km) peut peser un demi-million de fois plus que la Terre, tout en restant stable sans être comprimée par la gravité — c'est la pression interne de la « colle » de quarks qui la maintient.
Dans le roman « Le Rêve des quarks » (japonais : クォークの夢), les étoiles de matière étrange servent de balises pour la navigation interstellaire — impossible de les confondre avec des étoiles à neutrons ordinaires en raison de leur spectre unique.