Nikolai SHCHECHILIN - Faculté des Sciences

La théorie prédit depuis longtemps la présence d'un manteau de pâtes nucléaires entre la croûte et le cœur d'une étoile à neutrons. Cette couche, composée d'agrégats aux formes exotiques, peut influencer les propriétés mécaniques et de transport de la matière superdense, jouant ainsi un rôle important dans la dynamique et l'évolution des étoiles à neutrons. Nous étudions sa constitution à l'aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité nucléaire. Nous utilisons une série de fonctionnelles dont les paramètres sont finement calibrés sur (i) les propriétés des noyaux dans toute la carte des nucléides et (ii) les prédictions ab initio de l'état de l'art pour la matière neutronique pure et symétrique infinie. De plus, nous améliorons le canal d'appariement afin de reproduire les énergies d'appariement microscopiques pour des asymétries d'isospin arbitraires. Nos paramètres les plus récentes sont ainsi particulièrement adaptées à la simulation d'agrégats nucléaires déformés immergés dans un milieu superfluide.

À travers toute la thèse, nous comparons différents niveaux d'approximation.
Dans le cadre de l'approche semiclassique, nous observons que les structures de pâtes se forment dans le même ordre. Les transitions de forme se produisent lorsque la fraction volumique occupée par les agrégats de protons u excède une certaine valeur seuil. En particulier, les agrégats sphériques se transforment en pâtes pour u ≈ 0.14. Cette quasi-universalité des transitions est expliquée de manière physiquement transparente par le modèle de la goutte liquide. Le rôle de l'énergie de symétrie est mis en évidence. Cependant, lorsque les effets de couches quantiques sont considérés de manière perturbative, la région des pâtes se rétrécit considérablement. Ceci est dû à la disparition des spaghetti et à la stabilité accrue des agrégats sphériques.

En dernier recours, nous effectuons des simulations tridimensionnelles entièrement quantiques. L'effet des conditions aux limites périodiques n'a pu être éliminé qu'en agrandissant les domaines de calcul pour englober trois à cinq répliques d'agrégats dans chaque direction. Les boîtes de calcul résultantes contiennent jusqu'à 80 000 particules, un nombre sans précédent pour les calculs statiques de champ moyen nucléaire.
Au travers de ces simulations, nous avons observé la formation de spaghetti et de lasagne en dessous de la densité critique où la matière devient homogène.
La validité des approximations semi-classiques et géométriques est ensuite approfondie.
Globalement, nos simulations confirment la présence de ces structures et ouvrent un large éventail de possibilités pour étudier leurs propriétés élastiques et de transport au niveau quantique. Elles constituent également une plateforme pour l'exploration future des vibrations et de la dynamique des superfluides. Tout ceci contribuera à révéler l'influence des pâtes sur l'évolution magnéto-thermique, les oscillations et l'émission d'ondes gravitationnelles par les étoiles à neutrons.