Étoile à quarks

Une étoile étrange (ou étoile à quarks) est une étoile très dense composée de quarks déconfinés, la plupart d'entre eux étant des quarks étranges. Le terme « étrange » doit être ici compris seulement comme étant le nom (certes surprenant) des particules quarks qui composent l'objet.
Ces quarks S constituent les particules ayant un nombre quantique « d'étrangeté » non nul (la matière ordinaire en est dépourvue). C'est un des 6 types de quarks existant.

Imaginé par le physicien américain Edward Witten, ce type d'étoile encore hypothétique a été théorisé par deux Polonais, Pavel Haensel et Julian Zdunik, et par l'astrophysicien français Richard Schaeffer. Une telle « étoile » devrait être très petite, plus petite encore que les étoiles à neutrons, mais extrêmement dense. Une masse entre une et deux fois celle du Soleil serait contenue dans une sphère d'une dizaine de km de diamètre. Une croûte de matière ordinaire enceindrait cette « soupe de quarks », comme la surnomment les scientifiques.

En théorie, lorsque le neutronium d'une étoile à neutrons massive est soumis à une pression suffisante causée par la gravité de l'étoile, les neutrons du coeur s'effondrent, fusionnent, libérant les quarks qui les composent, pour former ainsi de la matière étrange. Une graine de cette nouvelle sorte de matière « ronge » de l'intérieur le neutronium, transformant l'étoile entière par cette transition de phase vers une densité de l'ordre de 1 à 2 milliards de tonnes par cm³.
L'étoile devient alors une étoile étrange, ou une étoile à quarks. La matière étrange est composée de quarks U (up) et D (down) comme les nucléons ordinaires, et S (strange : étrange en anglais) liés entre eux directement par l'interaction dite « de couleur ». Les quarks S apparaissent en plus de ceux des neutrons, car ils forment un nouvel état stable de la matière, comme le neutronium l'était vis à vis des nucléons.
Cette étoile étrange devient alors une sorte de baryon unique et gigantesque, entouré par une couche de matière plus « ordinaire » : neutronium et matière dégénérée (électrons + nucléons). Une étoile étrange se situe à mi-chemin entre l'étoile à neutrons et le trou noir, tant sur le plan de la masse que sur le plan de la densité, et si suffisamment de matière est ajoutée à une étoile étrange, elle va s'effondrer sur elle-même pour devenir un trou noir.

Note

Bien que le scénario attendu de la formation de ce type « d'étoile » soit l'effondrement gravitationnel d'une étoile à neutrons (voir ci-dessus) ; le gigantesque « baryon » obtenu est lié par l'interaction de couleur, avant de l'être par la gravité ! Contrairement à ce qui en est pour les étoiles à neutrons. Ces dernières ayant une masse (théorique) minimale de 0,09 masse solaire^[1]; alors que théoriquement les étoiles à quarks n'auraient pas de masse minimale.
Ces associations (théoriques) de quarks ont été évoquées pour faire part de la matière sombre de l'Univers. Elles auraient été formées dans les premiers instants du Big Bang, mais leur conservation jusqu'à notre époque n'était pas assurée.

Observations

Les étoiles étranges sont pour le moment théoriques, mais les observations du satellite Chandra le 10 avril 2002 ont permis de trouver deux candidates, PSR J0205+6449, située dans le rémanent de supernova 3C 58, dont l'association avec la supernova historique SN 1181 est considéré comme probable^[2], et RXJ1856 ^[3]; qui étaient précédemment classées comme étoiles à neutrons. Mais l'observation révèle qu'elles sont plus petites et plus froides que prévu pour des étoiles à neutrons. Ces observations et déductions sont cependant toujours sujettes à controverses dans la communauté scientifique.

Livres

• Sciences et vie, hors série n°242
• L'Univers en questions

Notes

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