Une étude, dont les résultats intitulés «Postmerger Gravitational-Wave Signatures of Phase Transitions in Binary Mergers» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters et sont disponibles en pdf, révèle que, lors de la fusion de deux étoiles à neutrons, les pressions et les températures atteintes pourraient conduire les quarks et les gluons confinés dans les protons et les neutrons à se transformer en un plasma dénommé quagma, en produisant des ondes gravitationnelles caractéristiques qui permettraient d'identifier cette transition de phase.

Relevons tout d'abord que les équations de la QCD (la chromodynamique quantique) qui gouverne les forces nucléaires font appel à «des cousins du photon, les gluons». Cette théorie dit en particulier «que dans un gaz de protons et de neutrons comprimé et porté à une température 100.000 fois plus élevée que celle régnant à l'intérieur du Soleil», les nucléons vont 'fondre' pour constituer «un liquide ultradense dans lequel les quarks et les gluons se comporteront comme s'ils étaient libres».

Cependant, «dès que la température va descendre en dessous d'environ mille milliards de degrés, ce plasma de quarks-gluons, parfois appelé quagma ou encore QGP, se condensera en une myriade d'hadrons généralement instables, au sein desquels quarks et gluons seront à nouveau confinés»: l'existence de ce plasma a été notamment démontré dans des expériences menées au Cern avec le LHC. Pour «remonter à une période de l'histoire de l'Univers observable où celui-ci était âgé de moins d'un millionième de seconde», les physiciens se penchent depuis quelques décennies sur ce quagma.

Dans ce contexte, l'étude ici présentée a obtenu, en utilisant des superordinateurs, un résultat intéressant concernant le quagma et les étoiles à neutrons: plus précisément, ce calcul a été effectué en simulant «non seulement la fusion d'étoiles à neutrons et le produit de la fusion pour explorer les conditions dans lesquelles une transition de phase des hadrons pouvait mener à un plasma de quarks-gluons», mais aussi la manière dont ce phénomène «pourrait affecter l'émission d'ondes gravitationnelles, accompagnant la fusion des deux astres compacts au point d'y laisser une signature».

Il est ainsi apparu que «par rapport aux simulations précédentes», il existait «une nouvelle signature dans les ondes gravitationnelles qui est nettement plus claire à détecter». En conséquence, si cette signature , qui se  produit dans les ondes gravitationnelles provenant de futures fusions d'étoiles à neutrons, est détectée, il y aura «une preuve claire de la création du plasma de quarks-gluons dans l'Univers actuel».