La fusion d'étoiles à neutrons chante sur une seule note express
Deux pierres tombent dans un étang. Chacune crée des ondulations, mais quand elles se heurtent, il y a une éclaboussure et un choc bref et sonore. C'est à peu près ainsi que sonne la fusion de deux étoiles à neutrons — ces résidus ultra-denses d'étoiles explosées. Seulement, ici, l'« étang » est l'espace-temps lui-même, et le « carillon » est constitué d'ondes gravitationnelles captées par de gigantesques détecteurs sur Terre.
Ce carillon n'est pas dû au hasard. Sa hauteur — la fréquence des oscillations — dépend de la résistance de la matière à l'intérieur de l'étoile à la compression. On pourrait penser que si l'on ne connaît pas la recette exacte de la matière à des densités effroyables (dans une cuillère à café, il y a des milliards de tonnes), la fréquence pourrait être n'importe quoi. Mais les auteurs de l'étude ont réalisé 82 simulations informatiques de collisions, en passant en revue toutes les options admissibles de « rigidité » d'une étoile à neutrons. Et ils ont découvert une chose surprenante : si l'on connaît la masse de la paire et sa compacité (à quel point l'étoile est petite pour son poids), la fréquence fondamentale après la fusion varie très peu — la dispersion n'est que d'environ 100 Hz. Pour comparaison : la plage de fréquences donnée par des modèles manifestement irréalistes est cinq fois plus large.
Cette liaison rigide de la fréquence à la masse et à la taille transforme le carillon gravitationnel en un instrument de mesure précis. Si un futur détecteur entend une fréquence qui sort de la bande étroite prédite, cela signifie qu'une physique supplémentaire s'est activée dans le résidu brûlant. Par exemple, les neutrons pourraient avoir fondu en leurs constituants — les quarks — et la matière serait devenue plus molle. Un tel signal serait la première preuve directe de matière quarkique, née non pas dans le froid d'étoiles isolées, mais dans le feu d'une catastrophe cosmique. Ainsi, nous revenons aux pierres dans l'étang : désormais, leur impact n'est pas seulement audible, il nous raconte aussi de quoi elles sont faites.
Une étoile à neutrons de la taille d'une ville (environ 20 km) pèse autant qu'une fois et demie le Soleil. Une cuillère à café de sa matière pèserait sur Terre autant que le mont Everest.
Dans le roman « L'Aube des quarks » de Charles Stross, les étoiles à neutrons servent de matière première pour des technologies exotiques, et leurs collisions sont la clé pour comprendre les transitions de phase de la matière.