Quarks à l'étroit : la recette d'un cœur solide express
À l'intérieur d'une étoile à neutrons, la matière est comprimée au point que les noyaux atomiques cessent d'être des amas distincts. Les neutrons et les protons se rapprochent, et leurs entrailles — les quarks — commencent à sentir leurs voisins à travers les parois de leurs « sacs ».
Lorsque la densité atteint plusieurs fois la densité nucléaire, les quarks ne tiennent plus dans des baryons individuels. Apparaît alors la matière quarkique : les quarks se déplacent librement dans tout le volume, mais à la moindre perturbation, ils se re-confinent instantanément en neutrons ou en protons. C'est comme un bus bondé à l'heure de pointe : les passagers sont serrés les uns contre les autres, mais lors d'un freinage brusque, ils s'agrippent les uns aux autres, formant des groupes temporaires.
Les auteurs ont construit un modèle idéalisé, IdylliQ, qui montre comment le remplissage des états quarkiques — la « saturation quarkique » — rend la matière soudainement plus rigide. La pression augmente plus vite que la densité d'énergie, et la vitesse du son grimpe à des valeurs étonnamment élevées. Cela explique les données d'observation : les étoiles à neutrons s'avèrent plus massives et plus rigides que ne le prédisaient les anciennes théories.
Lorsqu'on ajoute des hyperons — de lourds cousins des neutrons — au mélange, ils ont tendance à ramollir l'étoile, qui ne peut alors plus supporter une grande masse. Mais la saturation quarkique introduit une répulsion effective entre les différentes sortes de baryons. Les hyperons ne peuvent plus se multiplier sans entrave, et le problème du ramollissement se résout de lui-même.
Si l'on pouvait prélever un morceau de matière quarkique et le relâcher, il exploserait instantanément en un nuage de particules ordinaires — les quarks ne supportent pas la solitude.
Dans le roman « L'Œuf du Dragon » de Robert Forward, on décrit la vie à la surface d'une étoile à neutrons, où la matière faite de quarks et de noyaux se comporte de manière étrange sous une gravité monstrueuse.