Une poignée de sable dans le poing : les grains se bloquent les uns contre les autres, et la main ne peut pas se refermer davantage. La matière ordinaire se comporte de la même façon. Mais dans une étoile à neutrons, la compression est des milliards de fois plus forte : les atomes sont écrasés, les électrons sont enfoncés dans les protons, et presque tout l'espace est rempli de neutrons. Pourtant, ce n'est pas simplement un empilement dense de billes. À une certaine profondeur, les neutrons commencent à « ressentir » leurs constituants, les quarks.
Ce nouveau travail propose un éclairage sur ce processus. Les auteurs ont étendu le modèle populaire de « matière quarkyonique » (quarkyonic matter) en y incluant non seulement les quarks légers u et d, mais aussi les quarks étranges s, ainsi que l'ensemble complet des huit baryons, du proton au xi-hypéron. L'idée principale est qu'à densité colossale, les nucléons (protons et neutrons) ne peuvent pas occuper les états de basse énergie, car ceux-ci sont déjà occupés par les quarks. Ils doivent donc grimper plus haut sur l'échelle des énergies. Comme des passagers dans un bus bondé qui doivent rester debout alors qu'il y a encore des places assises, mais qu'elles sont séparées par une barrière. Ce décalage vers le haut augmente le potentiel chimique des nucléons, et l'étoile à neutrons peut accumuler plus de masse avant que des hypérons, des particules contenant un quark étrange, n'apparaissent.
Les calculs ont utilisé une interaction effective entre baryons, dépendant de la densité, de l'impulsion et de l'isospin (la différence entre protons et neutrons). Elle est construite à partir d'un potentiel de Skyrme moderne d'ordre élevé. Les quarks et les leptons (électrons et muons) ont été considérés comme libres. Le résultat est encourageant : le mécanisme quarkique repousse nettement le seuil de création des hypérons, et l'équation d'état, la loi reliant pression et densité, devient plus rigide. En pratique, cela signifie que l'étoile peut être plus lourde sans s'effondrer en trou noir.
C'est important pour l'« énigme des hypérons » : de nombreux modèles prédisaient que les étoiles à neutrons contenant des hypérons seraient trop molles pour atteindre les masses observées de deux masses solaires. Désormais, il y a une chance que le réarrangement quarkique à l'intérieur de l'étoile lui confère une rigidité supplémentaire, comme une armature insérée dans le béton.
Une étoile à neutrons de la taille d'une ville peut peser deux fois plus que le Soleil, et une cuillère à café de sa matière pèserait sur Terre plus que l'Everest.
Dans le roman « L'Œuf du Dragon » de Robert Forward, la vie à la surface d'une étoile à neutrons est décrite, où les réactions nucléaires remplacent la chimie.