Une cuillère à café de matière d'étoile à neutrons pèse comme une montagne. Mais cette montagne pourrait avoir un jumeau invisible.
Dans les profondeurs d'une étoile à neutrons, la matière ordinaire est compressée à des densités inimaginables. Là, les protons et les neutrons peuvent se dissoudre en une soupe de quarks. Les physiciens ont construit une équation décrivant la transition de la matière nucléaire à la matière de quarks — comme une recette qui permet au gâteau feuilleté de l'étoile de garder sa forme. Puis ils ont ajouté un nouvel ingrédient à cette recette : la matière noire miroir (mirror dark matter). Elle n'émet pas de lumière et n'interagit presque pas avec notre matière, mais elle est attirée gravitationnellement, comme un poids invisible suspendu à chaque particule.
Avec cet ajout, les auteurs ont balayé la gamme de masses des quarks légers. Pour une masse \(m_u=5.2~{\rm MeV}\), l'étoile atteint encore les deux masses solaires record — un seuil obligatoire établi par les observations. Si les quarks sont plus lourds, le cœur de quarks ne se forme pas du tout. Mais la principale surprise était ailleurs. Même sans cœur de quarks, la fraction de matière noire \(f_D\) influence fortement le rayon de l'étoile. Pour les pulsars PSR J0437–4715 et XTE J1814–338, des tailles suspectes de petites ont été mesurées — et le modèle montre qu'elles peuvent être expliquées si la matière noire représente entre 12% et 88% de l'étoile.
La déformation de marée (la déformabilité de l'étoile dans le champ gravitationnel de son compagnon) dépend aussi de \(f_D\). Le célèbre signal d'ondes gravitationnelles GW170817 a fourni un intervalle pour le paramètre \(\Lambda_{1.4}\) (mesure sans dimension de la rigidité) de 70 à 580. Dans ce modèle, cela correspond précisément à \(0.12\lesssim f_D\lesssim0.88\). En d'autres termes, la matière noire agit comme un régulateur de rigidité : plus il y en a, plus l'étoile est molle et petite.
Ainsi, l'ajout invisible se manifeste à travers la taille et la réponse de l'étoile. Le miroir sombre ne se contente pas de flotter à côté — il modifie la forme de ce que nous voyons.
Si une cuillère à café de matière d'étoile à neutrons tombait sur Terre, elle traverserait la planète de part en part — tant sa densité est grande.
Dans le roman « L'Œuf du Dragon » de Robert Forward, de minuscules créatures intelligentes vivent à la surface d'une étoile à neutrons, dont la biochimie est basée sur des réactions nucléaires.