Deux paquets d'ondes gravitationnelles particulièrement intéressants ont été détectés en janvier 2020 sur Terre. Les membres des collaborations Ligo, Virgo et Kagra pensent qu'il s'agissait des premières signatures convaincantes de collisions entre étoiles à neutrons et trous noirs.
Vous aimez nos Actualités ?Inscrivez-vous à la lettre d'information La quotidienne pour recevoir nos toutes dernières Actualités une fois par jour.On attendait cette annonce depuis un certain temps déjà. Les membres des collaborations Ligo aux États-Unis, Virgo en Europe et maintenant Kagra au Japon viennent d'annoncer qu'ils pensaient sérieusement avoir détecté les ondes gravitationnelles de collisions entre trous noirs et étoiles à neutrons dans des systèmes binaires. Les trous noirs en question ne sont pas des trous noirs supermassifs et leur origine n'est pas encore certaine, pas plus que celle de ces systèmes binaires.
Comme Futura l'avait expliqué dans les précédents articles ci-dessous, il y avait déjà eu des détections potentielles de ces collisions, notamment dans le cas de la source S190814bv. Mais ces détections restaient douteuses, ce qui ne semble plus être le cas aujourd'hui avec GW200105 et GW200115, comme l'expliquent les chercheurs dans un article paru dans Astrophysical Journal Letters.
« Jusqu'à maintenant, des télescopes et des détecteurs d'ondes gravitationnelles avaient observé des paires de trous noirs et des paires d'étoiles à neutrons. Il manquait le système binaire mixte trou noir + étoile à neutrons, dont les astronomes nous demandaient toujours si nous l'avions découvert », renchérit dans un des communiqués accompagnant cette publication Astrid Lamberts, chercheuse CNRS aux Laboratoires Artemis et Lagrange de l'Observatoire de la Côte d'Azur (CNRS-UCA-OCA).
Une vue d'artiste d'un trou noir et d'une étoile à neutrons dans un système binaire. Les ondes gravitationnelles émises déforment l'espace-temps et modifient la propagation de la lumière. Le produit final de la collision entre ces astres qui perdent de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles, ce qui cause leur rapprochement, est un trou noir. © Carl Knox, OzGrav-Swinburne University.
L'onde gravitationnelle de la source GW200105 a été détectée sur Terre comme son nom l'indique le 5 janvier 2020 et les analyses de la forme de son signal à partir d'une bibliothèque de signaux générés par de savantes simulations relevant du domaine de la relativité numérique et qui servent de comparaison ont conduit à lui attribuer comme origine la collision entre un trou noir et une étoile à neutrons respectivement 8,9 fois et 1,9 fois plus massifs que le Soleil et dont la fusion a eu lieu il y a 900 millions d'années.
GW200115 a été détectée le 15 janvier 2020 et là encore, en répétant le type d'analyses précédent, les astrophysiciens relativistes ont conclu que l'onde était le produit de la fusion d'un trou noir de 5,7 masses solaires avec une étoile à neutrons 1,5 fois plus massive le Soleil et ce il y a environ un milliard d'années.
Par contre, aucun signal dans le domaine électromagnétique accompagnant ces deux événements n'a été détecté. Or c'est justement ce qui fait tout l'intérêt des collisions entre étoiles à neutrons et trous noirs, par rapport aux collisions entre deux trous noirs et dans une moindre mesure entre deux étoiles à neutrons, la possibilité de faire de l'astronomie multimessager comme ce fut le cas avec la découverte de la kilonova accompagnant la détection de la source GW170817. On peut en effet avoir beaucoup plus de renseignements sur la physique des trous noirs et des étoiles à neutrons dans le cadre d'une astronomie combinant des « lumières » aussi différentes que celles des ondes gravitationnelles et électromagnétiques.
Qu'est-ce qu'une étoile à neutrons ? Quelle différence entre ces étoiles et notre Soleil ? Roland Lehoucq, astrophysicien au CEA, nous explique que les étoiles à neutrons rayonnent très peu en lumière visible, contrairement à notre Soleil. Aussi, les étoiles à neutrons ont des tailles beaucoup plus petites que celle du Soleil : une étoile à neutrons a un diamètre compris entre 10 et 15 km, contre 1,4 million de km pour le Soleil. Ce sont également des objets compacts qui contiennent une quantité importante de matière dans un volume très petit. Étudier ces étoiles permet de tester à une échelle différente les théories de physique nucléaire. © CEA Recherche
En fait, des systèmes d'étoiles à neutrons avec des trous noirs probablement d'origine stellaire sont intéressants sous plusieurs aspects, notamment dans le cas où l'étoile à neutrons est un pulsar car selon certains chercheurs, cela ouvrirait la porte à l'étude d'effets relevant de la mythique gravité quantique à l'œuvre au niveau de l’écume de l’espace-temps. On apprendrait aussi à l'occasion de ces collisions d'astres compacts de nouvelles choses sur l'équation d'état de la matière nucléaire et le quagma. Avec cette équation on peut préciser la relation entre le rayon et la masse d'une étoile à neutrons et mieux déterminer si certaines d'entre elles ne seraient pas des étoiles étranges.
Jusqu'à présent toutefois, nous n'avons pas observé de couple d'étoiles à neutr...
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