Energie d'interaction lors de l'effondrement d'une etoile a neutron

[Nicolas321]

Bonjour,

Je lisais des articles hier qui expliquaient comment la force forte fonctionnait d'une manière bien precise dans un noyau, comment elle cree l'attraction entre les quarks et entre les hadrons, etc, ce qui m'amene a la question suivante.

Ma question concerne ce qui se passe quand une etoile a neutron s'effondre en trou noir. En effet, les neutrons ( ou protons dans d'autres cas d'effondrement ) se desintegrent et on se retrouve avec un genre de fluide de quarks/gluons en effondrement. Donc que se passe-t-il a ce moment avec l'energie d'interaction qui existait lorsque la matiere était sous forme de neutrons? De ce que je comprends cette energie d'interaction dépendait de comment fonctionnait l'interaction a ce moment. J'avais lu que l'energie des neutrons était a 99% causee par cette interaction, et non par la masse des neutrons en tant que tel, donc qu'arrive-t-il a ces 99%?

Donc lors de l'effondrement du fluide de quarks/gluons, comment evolue cette energie d'interaction? Normalement la masse du trou noir est sensee rester la meme pendant l'effondrement, ce qui voudrait dire que cette energie d'interaction reste la meme.

Pourtant, si la matiere se retrouve sous forme d'un fluide de quarks, l'interaction devrait etre completement differente qu'avec des neutrons. De plus, lors de l'effondrement la densite de quarks augmente d'une manière inversement proportionnelle au volume, donc on pourrait penser que cette energie d'interaction evolue en augmentant au cours du temps, car un quark ou boson donne a beaucoup plus de quarks/gluons proche de lui.

Donc comment se fait-il que la masse du trou noir reste la meme? Je ne parle pas la de ce qui se passe lorsqu'on arrive au centre du trou noir, car je pense que l'on a aucune espece d'idee sous quelle forme est la matiere a ce moment.

Merci si quelqu'un veut bien m'expliquer cette affaire qui m'ai l'air plutôt mysterieuse,
Nicolas.
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[Gilgamesh]

Il n'y a pas de désintégration des neutrons.

Le manteau des étoiles à neutron est formé de proton (~7%) et de neutron essentiellement.

Les quarks ne sont pas déconfinés (sauf peut être au centre)

[Nicolas321]

Bonjour Gilgamesh,

En fait je pensais plus a l'effondrement d'une etoile qui allait donner un trou noir et qui passait temporairement par l'etat d'etoile a neutron.

De ce que j'ai lu ca devrait donner un genre de fluide de quarks deconfines. En particulier j'ai lu cette page
qui dit:

The strength of the color force makes the properties of quark matter unlike gas or plasma, instead leading to a state of matter more reminiscent of a liquid. At high densities, quark matter is a Fermi liquid, but is predicted to exhibit color superconductivity at high densities and temperatures below 1012 K.

Ma question était plus de savoir si l'energie était bien toujours conservee. C'est a dire lorsque les quarks sont deconfines, est-ce que l'energie d'interaction entre les quarks, qui constituait de l'ordre de 99% de l'energie du neutron, est conservee? Et est-ce que l'energie du liquide de quarks était toujours constante lorsque le liquide se comprime pendant l'effondrement? Ca devrait etre le cas vu que le trou noir garde toujours la meme masse, mais je ne vois juste pas trop comment cette energie peut toujours rester la meme.

En gros ce que je me demande, c'est pourquoi la masse reste toujours la meme pendant l'effondrement, vu qu'une grande partie de celle ci est une energie d'interaction, et non juste la masse des quarks simples deconfines. Si on change l'interaction, on devrait changer la masse.

Mis a part cette question, concernant juste une etoile a neutrons normale, est-ce que ce serait possible que le centre soit suffisamment compact qu'il soit un trou noir (sous forme de fluide de quarks...), le reste etant une stucture de neutrons?

C'est vraiment des questions tordues que je te pose, surtout au sujet du fluide de quarks, c'est peut-être trop complique a expliquer.

Merci,
Nicolas.

[Gilgamesh]

C'est a dire lorsque les quarks sont deconfines, est-ce que l'energie d'interaction entre les quarks, qui constituait de l'ordre de 99% de l'energie du neutron, est conservee?

Bien sûr. En fait l'idée est que si tu apportes de l'énergie à ta purée de nucléons, des états plus énergétique seront stables. Un peu comme pour la matière atomique dégénérée : les électrons se baladent sur des états d'énergie loin du fondamental. Si la pression diminuait, l'électron retrouverait le fondamental et le surplus serait rayonné. La structure stocke de l'énergie sous forme d'états à haute énergie (moins liés).

Dans le cas de la matière atomique, on connait très mal ces états. Je cite juste wiki " Il est possible qu'à très haute densité d'autres états de quarks puissent exister de façon stable, comme sous la forme de condensats de pions ou de kaons (possédant chacun un quark et un antiquark), et un plasma de quarks libres de gluons (les gluons sont les particules véhiculant l'interaction forte, à laquelle sont soumis les quarks). Il est également possible qu'un autre type de quark, dit s (pour « strange ») existe dans des combinaisons de trois quarks, on parle alors d'hypérons. De telles configurations sont parfois appelées étoile étrange (quand le quark s, dit quark étrange joue un rôle) ou étoile à quarks (quand une phase de quarks libres se développe).".

C'est la raison pour laquelle la limite d'Oppenheimer–Volkoff (qui implique de connaitre la limite de stabilité de la matière nucléaire ou des plasma de quark) est relativement mal déterminée.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Nicolas321]

Ouais donc c'est tres difficile de savoir ce qui se passe vraiment.

Cela dit on associe la plupart du temps un trou noir a l'existence d'une singularite, mais cela est-il nécessairement vrai? Si la matiere peut se compacter suffisamment, il pourrait y avoir une structure stable dans le trou noir ( liquide de quarks etc... ), qui n'est pas en effondrement eternel, non?

Merci pour l'explication sur la masse et l'energie, ouie aie j'etais confus a ce niveau.

[Gilgamesh]

Ouais donc c'est tres difficile de savoir ce qui se passe vraiment.

Cela dit on associe la plupart du temps un trou noir a l'existence d'une singularite, mais cela est-il nécessairement vrai? Si la matiere peut se compacter suffisamment, il pourrait y avoir une structure stable dans le trou noir ( liquide de quarks etc... ), qui n'est pas en effondrement eternel, non?

Merci pour l'explication sur la masse et l'energie, ouie aie j'etais confus a ce niveau.

Disons le et répétons le : la notion de singularité est un concept de la Relativité Générale née du fait que dans ce formalisme, il se forme un point "pas ou mal défini" : c'est la définition d'un singularité, elle vient des mathématiques, ce n'est pas stricto sensu un concept physique. Donc en vrai, on imagine au centre un truc "pas infini", en rien. Sans aucun doute très dense, probablement à un niveau planckien, mais voila. Il ne faut pas parler de la singularité comme d'un objet physique (même spéculatif) muni d'attribut positifs que l'on comparerait avec les attributs d'autres objets intelligibles hypothétiques.

[Nicolas321]

Je n'aurais pas du utiliser le terme de singularite. On est bien d'accord, et ce que je voulais dire est que la matiere en effondrement n'allait pas nécessairement s'effondrer jusqu'au niveau planckien. Si par exemple Rs=3km, la matiere pourrait éventuellement donner une structure stable de rayon 2km si elle est capable de resister a la pression.

Ca se rend peut-être au niveau planckien pour seulement les gros trous noir ( trous noir galactiques par exemple ) parce que la pression pour une masse si eleve provoque un effondrement de n'importe quel type de structure.

[Gilgamesh]

Je n'aurais pas du utiliser le terme de singularite. On est bien d'accord, et ce que je voulais dire est que la matiere en effondrement n'allait pas nécessairement s'effondrer jusqu'au niveau planckien. Si par exemple Rs=3km, la matiere pourrait éventuellement donner une structure stable de rayon 2km si elle est capable de resister a la pression.

Ca se rend peut-être au niveau planckien pour seulement les gros trous noir ( trous noir galactiques par exemple ) parce que la pression pour une masse si eleve provoque un effondrement de n'importe quel type de structure.

La limite O-V est imprécise mais elle a une borne haute. En gros cela repose sur l'équation limite d'état de la matière.

Imagine une sphère qui possède une gravité qui l'écrase sur elle même. Son centre est donc soumis à la pression hydrostatique des enveloppes, et plus l'ensemble est compacte, plus les masses sont rapprochées et plus la vitesse de libération est grande. la vitesse de libération c'est la vitesse de chute libre de la matière vers le centre. Certe ici, la matière est retenu par la surface qui s'oppose à sa chute. Mais on s'en fiche parce que là on raisonne aux extrêmes. Imaginons une particule de matière qui commence à chuter vers le centre, à la vitesse de libération. Cela va engendrer une onde de pression qui va "remonter le courant" dans la matière en effondrement pour s'opposer à sa chute. La vitesse à laquelle la matière s'effondre est donnée par la vitesse de libération qui ne dépend que du ratio M/R. La vitesse de l'onde de pression remontant le courant de matière est particulière à la composition de la matière, à son état plus ou moins dense (plus c'est dense plus ça va vite), rigide (plus c'est rigide plus ça va vite) et élastique (plus c'est c'est élastique, moins y'a de perte). On ne connait pas l'équation d'état ultime au centre, mais on sait que la célérité de l'onde est bornée par c. Donc quand la vitesse d'effondrement atteint c on c'est que rien ne peut s'y opposer. Y'a d'autre façon plus fondamentale de raisonner mais celle ci me semble assez parlante pour se représenter qu'une masse en effondrement ne peut développer à l'infini une résistance à la compression.

[Nicolas321]

Bonjour Gilgamesh,

Merci pour l'explication.

Faisant suite a ce que tu expliques, on peut se demander ce qui se passe avec les forces quand la matiere est entrain de s'effondrer. Je veux dire, est-ce que les particules support de force peuvent remonter vers l'exterieur? En particulier les particules support de force qui ont une masse?

J'avais lu que les particules virtuelles peuvent aller plus vite que c grace au principe d'incertitude, mais il me semble que c'est juste pendant un temps tres court.

J'imagine que les forces fonctionnent correctement dans le trou noir, mais je demande quand meme.

Nicolas.

[Gilgamesh]

Bonjour Gilgamesh,

Merci pour l'explication.

Faisant suite a ce que tu expliques, on peut se demander ce qui se passe avec les forces quand la matiere est entrain de s'effondrer. Je veux dire, est-ce que les particules support de force peuvent remonter vers l'exterieur? En particulier les particules support de force qui ont une masse?

J'avais lu que les particules virtuelles peuvent aller plus vite que c grace au principe d'incertitude, mais il me semble que c'est juste pendant un temps tres court.

J'imagine que les forces fonctionnent correctement dans le trou noir, mais je demande quand meme.

Ca ne pose pas de soucis particulier... Deux particules en interaction forte ou faible (interaction de courte porté) lors de l'effondrement sont en chutes libres, leur vitesse relative est nulle en première approx et donc ça fonctionne exactement pareil. Pour l'électromagnétisme, il y a quelques précautions à prendre en cas d'interaction de longue porté mais ça se résout (je pense notamment à un résultat théorique qui explique la formation de magnétar par des courants superfluides dans l'étoile à neutron néo formée). Pour la gravité, tout est dans l'équation d'Einstein. C'est relativement simple si on conserve une symétrie sphérique ou une symétrie de révolution, c'est très ardu s'il faut prendre en compte des hétérogénéité, mais la théorie ne présente pas de problème particulier.

[Nicolas321]

Deux particules en interaction forte ou faible (interaction de courte porté) lors de l'effondrement sont en chutes libres, leur vitesse relative est nulle en première approx et donc ça fonctionne exactement pareil.

Est-ce que la vitesse relative reste toujours negligeable lorsque l'on arrive au centre du trou noir? Si non, est-ce qu'il ne finit pas par y avoir un probleme?

[zagreb887]

Bonjour à tous!

J'aurais une question à poser concernant l'état de la matière en effondrement, j'avais vu un article qui parlait d'étoiles électrofaibles, comme un stade intermédiaire de refroidissement du coeur avant son effondrement en TN. Je me demandais si on serait capable de différencier ces astres d'étoiles à neutrons classiques, ou si elles possèderaient des caractéristiques particulières (champ magnétiques plus intense, redshift gravitationnel plus marqué que pour une étoile à neutrons...)
Merci d'avance de vos réponses!

[Gilgamesh]

Est-ce que la vitesse relative reste toujours negligeable lorsque l'on arrive au centre du trou noir? Si non, est-ce qu'il ne finit pas par y avoir un probleme?

Le problème se pose du fait qu'on ne connait pas l'équation d'état de la matière au delà d'une certaine densité-température, c'est plus ça.

[Gilgamesh]

Bonjour à tous!

J'aurais une question à poser concernant l'état de la matière en effondrement, j'avais vu un article qui parlait d'étoiles électrofaibles, comme un stade intermédiaire de refroidissement du coeur avant son effondrement en TN. Je me demandais si on serait capable de différencier ces astres d'étoiles à neutrons classiques, ou si elles possèderaient des caractéristiques particulières (champ magnétiques plus intense, redshift gravitationnel plus marqué que pour une étoile à neutrons...)
Merci d'avance de vos réponses!

Tu as lu cet article ?

http://www.futura-sciences.com/magaz...-quarks-22024/

Très honnêtement, je ne pourrais pas t'en dire plus !

[Nicolas321]

Le problème se pose du fait qu'on ne connait pas l'équation d'état de la matière au delà d'une certaine densité-température, c'est plus ça.

Ok. Merci pour toutes ces explications Gilgamesh.

Nicolas.