Les scientifiques ont utilisé des simulations sur ordinateur pour étudier les ondes gravitationnelles produites par la fusion d’étoiles à neutrons, révélant une corrélation entre la température résiduelle et la fréquence des ondes. Ces découvertes sont importantes pour les futurs détecteurs d’ondes gravitationnelles, qui permettront de différencier les modèles de matière nucléaire chaude. Crédit : Issues.fr.com
Simulations de binaire étoile à neutrons les fusions suggèrent que les futurs détecteurs feront la distinction entre différents modèles de matière nucléaire chaude.
Les chercheurs ont utilisé des simulations sur superordinateur pour explorer l’impact des fusions d’étoiles à neutrons ondes gravitationnelles, trouvant une relation clé avec la température du reste. Cette étude contribue aux progrès futurs dans la détection et la compréhension de la matière nucléaire chaude.
Explorer les fusions d’étoiles à neutrons et les ondes gravitationnelles
Lorsque deux étoiles à neutrons tournent l’une autour de l’autre, elles libèrent des ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles. Ces ondulations sapent l’énergie de l’orbite jusqu’à ce que les deux étoiles finissent par entrer en collision et fusionner en un seul objet. Les scientifiques ont utilisé des simulations sur superordinateurs pour explorer comment le comportement de différents modèles de matière nucléaire affecte les ondes gravitationnelles libérées après ces fusions. Ils ont découvert une forte corrélation entre la température des restes et la fréquence de ces ondes gravitationnelles. Les détecteurs de nouvelle génération seront capables de distinguer ces modèles les uns des autres.
Graphiques comparant la densité (à droite) et la température (à gauche) de deux simulations différentes de fusions d’étoiles à neutrons (en haut et en bas) environ 5 millisecondes après la fusion, vues du dessus. Crédit : Jacob Fields, Université d’État de Pennsylvanie
Étoiles à neutrons : laboratoires pour la matière nucléaire
Les scientifiques utilisent les étoiles à neutrons comme laboratoires pour la matière nucléaire dans des conditions impossibles à sonder sur Terre. Ils utilisent les détecteurs d’ondes gravitationnelles actuels pour observer les fusions d’étoiles à neutrons et découvrir le comportement de la matière froide et ultra-dense. Cependant, ces détecteurs ne peuvent pas mesurer le signal après la fusion des étoiles. Ce signal contient des informations sur la matière nucléaire chaude. Les futurs détecteurs seront plus sensibles à ces signaux. Parce qu’ils seront également capables de distinguer différents modèles les uns des autres, les résultats de cette étude suggèrent que les prochains détecteurs aideront les scientifiques à créer de meilleurs modèles pour la matière nucléaire chaude.
Analyse détaillée des fusions d’étoiles à neutrons
Cette recherche a examiné les fusions d’étoiles à neutrons à l’aide de THC_M1, un code informatique qui simule les fusions d’étoiles à neutrons et tient compte de la courbure des espaces-temps, due au fort champ gravitationnel des étoiles, et des processus de neutrinos dans la matière dense. Les chercheurs ont testé les effets thermiques sur la fusion en faisant varier la capacité thermique spécifique dans l’équation d’état, qui mesure la quantité d’énergie nécessaire pour augmenter d’un degré la température de la matière des étoiles à neutrons. Pour garantir la robustesse des résultats, les chercheurs ont effectué des simulations à deux résolutions. Ils ont répété les essais à plus haute résolution avec un traitement neutrino plus approximatif.
Financement : Cette recherche a été principalement financée par le Bureau des sciences du ministère de l’Énergie, programme de physique nucléaire. Un financement supplémentaire a été fourni par la National Science Foundation et l’Union européenne.
Ce travail a utilisé les ressources informatiques disponibles via le National Energy Research Scientific Computing Center, le Pittsburgh Supercomputing Center et l’Institute for Computational and Data Science de la Pennsylvania State University.
