Dans la famille des résidus ultra-denses d'étoiles mortes, un vide a longtemps béé. Les étoiles à neutrons — des toupies fulgurantes de la taille d'une ville — dépassent rarement deux masses solaires. Les trous noirs commencent aux alentours de cinq masses solaires. Entre les deux, un « gouffre » où l'on n'a trouvé aucun objet pendant des décennies. De récentes observations d'ondes gravitationnelles et de radiotélescopes ont commencé à combler ce manque : des corps compacts de nature inconnue ont été repérés dans le gouffre.
Les auteurs de l'article ont envisagé que ces vagabonds soient des étoiles hybrides — des étoiles à neutrons avec un cœur de quarks. En leur centre, la pression est si intense que les neutrons se « brisent » en quarks constitutifs, comme une coquille d'œuf sous une presse. Cette transition est brutale, comme l'eau qui se transforme en glace à température constante. Pour qu'une étoile hybride atteigne la masse du gouffre (2,5 à 5 masses solaires), le cœur de quarks doit apparaître suspectement tôt — dès que l'étoile atteint une masse inférieure à une masse solaire — et la matière de quarks résultante doit être d'une rigidité extraordinaire, presque incompressible.
Ensuite, les scientifiques ont comparé ce tableau exotique avec ce que disent les mesures réelles des masses et des rayons des étoiles à neutrons. L'analyse bayésienne (une méthode qui pondère la probabilité de différents scénarios selon les données) a montré que la nature préfère un scénario plus modeste. Le cœur de quarks naît probablement à une masse d'environ 1,4 masse solaire — typique des étoiles à neutrons. Cela donne naissance à des « étoiles jumelles » : deux étoiles de même masse mais de rayons différents — l'une purement neutronique, l'autre avec un cœur de quarks. Si de telles jumelles sont découvertes, les étoiles hybrides dans le gouffre de masse seront exclues. En attendant, les principaux candidats dans le gouffre restent les trous noirs légers.
Une cuillère à café de matière d'étoile à neutrons pèse autant que le mont Everest — environ un milliard de tonnes. Et le cœur de quarks à l'intérieur pourrait être encore plus dense.
Dans le roman « L'Œuf du Dragon » de Robert Forward, des êtres intelligents vivent sur une étoile à neutrons — leur biologie repose sur des réactions nucléaires.