Il y a huit mois, la détection d'ondes gravitationnelles à partir d'une fusion d'étoiles à neutrons binaires nous a poussés, ainsi que d'autres astronomes du monde entier, à nous précipiter pour observer l'un des événements les plus énergétiques de l'univers.

Ce que la plupart des gens ne réalisent pas, c'est que nous avons continué à observer l'événement toutes les quelques semaines depuis lors jusqu'à maintenant.

Notre équipe a commencé à rechercher l'émission radio de la fusion, connu sous le nom de GW170817, faire une détection deux semaines après l'événement d'août. Maintenant, l'émission radio commence à s'estomper.

Alors que nous nous préparons à dire au revoir (au moins pour l'instant) à cet objet incroyable, nous réfléchissons à ce que nous avons appris jusqu'à présent, avec notre article accepté pour publication dans le Journal d'astrophysique .

La détection des ondes gravitationnelles et des rayonnements électromagnétiques (tels que la lumière et les ondes radio) provenant du même objet signifie que les physiciens ont pu :

• confirmer une prédiction de la relativité générale selon laquelle les ondes gravitationnelles se déplacent à la vitesse de la lumière
• comprendre comment la matière se comporte lorsque vous la serrez plus fort que dans le noyau d'un atome
• expliquer où une partie de l'or (et d'autres éléments lourds) dans l'univers est produit
• et commencer à résoudre un mystère vieux de plusieurs décennies sur les causes des sursauts gamma courts.

Observer la fusion

Les radiotélescopes tels que l'Australia Telescope Compact Array et le Jansky Very Large Array (aux États-Unis) sont conçus pour détecter le rayonnement électromagnétique avec des longueurs d'onde allant du centimètre au mètre.

Contrairement à la lumière visible, les ondes radio traversent l'espace presque sans être gênées par la poussière. Ils peuvent être détectés de jour comme de nuit :les radiotélescopes peuvent les observer 24 heures sur 24.

Les ondes radio que nous avons détectées ont parcouru 130 millions d'années-lumière depuis la galaxie NGC 4993 où a eu lieu la fusion des étoiles à neutrons.

Lorsque les deux étoiles à neutrons sont entrées en collision, elles ont émis une rafale de rayons gamma peu de temps après, qui a été détecté par le satellite Fermi 1,74 seconde après les ondes gravitationnelles. Ce qui s'est passé ensuite dans l'explosion est ce que nous avons tous essayé de comprendre.

En moins de 12 heures, les astronomes avaient détecté un signal d'évanouissement en lumière visible. Nous pensons que cela vient de la matière des étoiles à neutrons projetée à 50% de la vitesse de la lumière. Il était brûlant à cause d'un tas de désintégrations radioactives.

Les étoiles à neutrons sont les objets les plus denses que nous connaissions, sauf pour les trous noirs :imaginez le Soleil écrasé dans une région de la taille d'une ville.

Lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision, elles forment un nouvel objet qui a légèrement moins de masse que les deux étoiles d'origine :dans ce cas, probablement un nouveau trou noir. Une infime fraction de la masse est projetée sous forme de matière et d'énergie (rappelez-vous E=mc ²⁾ et c'est ce que nous détectons sur Terre.

Que nous disent les ondes radio ?

L'émission radio que nous avons détectée quelques jours plus tard, bien que, est une autre affaire.

Les ondes radio sont créées lorsque des électrons sont accélérés dans des champs magnétiques. Cela se produit sur des fronts de choc dans l'espace, alors que les matériaux des explosions stellaires s'écrasent sur les objets autour de l'étoile.

Cette substance s'appelle le milieu interstellaire et est environ 10 quintillions de fois moins dense que l'air sur Terre (presque, mais pas tout à fait, un aspirateur). La nature des ondes radio nous renseigne sur les détails de ce choc, que l'on peut remonter dans le temps pour essayer de comprendre l'explosion.

Une grande question est de savoir s'il y avait un jet étroit de matière se déplaçant à 99,99% de la vitesse de la lumière qui s'est frayé un chemin hors de l'explosion et a frappé le milieu interstellaire.

Nous pensons que cela doit se produire dans les sursauts gamma :cela s'est-il produit ici ?

Que s'est-il passé dans l'explosion ?

Nous ne sommes toujours pas sûrs des détails, mais nous ne pensons pas qu'il y ait eu un jet réussi dans GW170817. C'est parce que nous avons maintenant observé que l'émission radio commence à s'estomper (l'émission optique a commencé à s'estomper immédiatement).

Cela montre que l'explosion n'est probablement pas un sursaut gamma classique avec des jets relativistes, comme le montre la figure ci-dessous (à gauche). Ce qui est plus probable, c'est que nous assistons à un "cocon" de matière qui a éclaté de l'explosion.

Alors d'où vient ce matériau ?

Le matériau projeté des étoiles à neutrons (appelé éjecta) se déplaçait rapidement, environ 50 % de la vitesse de la lumière. Et s'il y avait un jet encore plus rapide (99,99 % de la vitesse de la lumière) qui se produisait peu de temps après ?

Ce jet aurait pu faire une bulle dans l'éjecta, le faire aller plus vite (peut-être 90% de la vitesse de la lumière) et arrêter le jet dans son élan :on appelle cela un cocon.

Dire au revoir (pour l'instant)

Après huit mois à regarder GW170817, nous savons qu'il est différent de tout ce que nous avons vu auparavant, et s'est comporté de manière complètement inattendue.

L'émission radio s'estompe maintenant, mais ce n'est peut-être pas la fin de l'histoire. La plupart des modèles prédisent une rémanence à long terme des fusions d'étoiles à neutrons, ainsi GW170817 pourrait réapparaître des mois ou même des années dans le futur.

En attendant, nous attendons avec impatience que le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) commence sa prochaine série d'observations au début de l'année prochaine. Nous pourrions même capturer un nouveau type d'événement, une étoile à neutrons fusionnant avec un trou noir.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.