La spirale de la mort imaginée du remarquable système J0806, comme représenté dans le rendu de cet artiste, est une conséquence de la théorie de la relativité générale d'Einstein qui prédit que les étoiles naines blanches perdront leur énergie orbitale en générant des ondes de gravité. NASA/Tod Strohmayer (GSFC)/Dana Berry (Observatoire Chandra X-Ray) L'humanité vit une révolution en astronomie. Jusque récemment, nous avons dépendu du spectre électromagnétique (c'est-à-dire de la lumière) pour faire des découvertes depuis l'arrière-cour de notre système solaire jusqu'aux confins du cosmos en utilisant des télescopes. Maintenant, avec la première détection historique d'ondes gravitationnelles le 14 septembre, 2015, un tout nouvel univers nous attend, un dans lequel nous pouvons analyser les ondulations de l'espace-temps qui nous submergent des collisions de trous noirs et, peut-être, des mondes extraterrestres en orbite autour de leurs étoiles lointaines.
Dans une étude publiée le 8 juillet, 2019, en Astronomie de la Nature, un groupe de chercheurs a exploré cette dernière possibilité de révéler des planètes extrasolaires, ou exoplanètes, qui autrement resteraient invisibles aux techniques astronomiques traditionnelles.
"Nous proposons une méthode qui utilise les ondes gravitationnelles pour trouver des exoplanètes qui orbitent autour d'étoiles naines blanches binaires, " Nicola Tamanini, du Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) à Potsdam, Allemagne, dit dans un communiqué.
Jusque là, les ondes gravitationnelles générées par les collisions massives dans le cosmos profond ont été détectées par deux observatoires, le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) basé aux États-Unis qui utilise deux détecteurs à Washington et en Louisiane, et l'interféromètre Virgo près de Pise, Italie. Les deux projets utilisent des bâtiments en forme de L qui abritent des interféromètres laser avancés capables de détecter les fluctuations infimes de la distance lorsque les ondes gravitationnelles se lavent par notre planète. LIGO a été le premier à détecter les ondes gravitationnelles théorisées par Einstein il y a plus d'un siècle et maintenant LIGO et Virgo travaillent de concert pour effectuer des détections régulières de collisions de trous noirs et d'étoiles à neutrons.
En 2017, une autre étape historique a été franchie lorsque les ondes gravitationnelles et le rayonnement gamma ont été détectés en même temps lorsque deux étoiles à neutrons sont entrées en collision dans une galaxie distante de 130 années-lumière. Cet événement a lancé une nouvelle ère de « l'astronomie multimessagers » qui a permis aux astronomes de localiser l'emplacement de l'événement, comprendre les mécanismes physiques derrière les sursauts gamma courts, confirmer que les collisions d'étoiles à neutrons en sont la cause, et offrent un regard intime sur les processus nucléaires qui fabriquent des éléments lourds (tels que l'or et le platine) dans le cosmos.
Avec ces incroyables avancées facilitées par notre nouvelle capacité à détecter les ondes gravitationnelles, Que réserve l'avenir? Bien, pourquoi ne pas lancer un observatoire des ondes gravitationnelles dans l'espace ! Comme discuté dans l'étude sur l'astronomie de la nature, l'antenne spatiale interférométrique laser (LISA) prévue fera exactement cela et son extrême sensibilité nous donnera un tout nouveau regard sur les cibles cosmiques qui se cachent actuellement dans l'obscurité. L'une de ces cibles sera des systèmes d'étoiles naines blanches binaires qui peuvent être accompagnés d'exoplanètes en orbite (avec des masses de 50 masses terrestres et plus) qui ne peuvent pas être vues avec les techniques actuelles de détection d'exoplanètes. Théoriquement, LISA sera sensible aux ondes gravitationnelles provenant des binaires naines blanches dans toute notre galaxie.
"LISA mesurera les ondes gravitationnelles de milliers de binaires naines blanches, " dit Tamanini. " Quand une planète est en orbite autour d'une telle paire de naines blanches, le modèle d'ondes gravitationnelles observé sera différent de celui d'un binaire sans planète. Ce changement caractéristique des formes d'ondes gravitationnelles nous permettra de découvrir des exoplanètes. »
Les naines blanches sont les cadavres stellaires d'étoiles semblables au soleil qui ont manqué de carburant et sont mortes il y a longtemps. Notre soleil sera à court de carburant dans 5 milliards d'années environ, ce qui le fera gonfler en une géante rouge gonflée. Après la phase de géante rouge, l'étoile se débarrassera de ses couches de plasma chaud, créant une nébuleuse dite planétaire, laissant dans son sillage un minuscule objet en rotation d'environ la taille de la Terre. Cet objet dense sera alors écrasé sous sa propre gravité immense, créant une goutte de matière dégénérée.
Les naines blanches sont bien étudiées et représentent la finale, phase morte de la vie de notre soleil, mais ils pourraient aussi être des objets inestimables dans notre quête de nouveaux mondes bien au-delà du système solaire.
Si, par exemple, deux naines blanches orbitent l'une autour de l'autre comme un système binaire, les perturbations gravitationnelles qu'ils créent agiront comme un jouet d'enfant qui tourne dans une piscine - des ondulations dans l'espace-temps se propageront dans toutes les directions, transporter l'énergie des étoiles en orbite à la vitesse de la lumière. Les détecteurs d'ondes gravitationnelles actuels ne peuvent mesurer que les affrontements cosmiques les plus puissants, mais avec LISA, ces événements plus subtils qui produisent un signal d'onde gravitationnelle plus faible seront à portée de main.
Actuellement, les astronomes utilisent deux méthodes principales pour détecter les exoplanètes en orbite autour d'autres étoiles :la "méthode de la vitesse radiale, " qui utilise des spectromètres très sensibles attachés à des télescopes capables de détecter le décalage Doppler causé par une exoplanète en orbite, et la « méthode de transit, " que le télescope spatial Kepler de la NASA (et d'autres) utilise pour détecter la très légère baisse de la luminosité des étoiles alors qu'un monde tourne devant lui.
Bien que plus de 4, 000 exoplanètes ont été découvertes principalement en utilisant ces deux méthodes, certaines exoplanètes restent cachées et, dans le cas des naines blanches binaires, nous savons peu de choses s'ils pouvez héberger des exoplanètes. Mais, si LISA peut mesurer les ondulations spatio-temporelles émanant de ces systèmes, il pourrait également détecter le léger tiraillement des exoplanètes lorsqu'elles orbitent, de la même manière que la méthode des vitesses radiales mesure le décalage Doppler des ondes électromagnétiques, en utilisant uniquement des ondes gravitationnelles à la place.
LISA est un projet mené par l'Agence spatiale européenne et son lancement est actuellement prévu en 2034. Composé de trois engins spatiaux volant en formation, ils enverront des lasers ultra-précis les uns aux autres pour créer un vaste interféromètre laser triangulaire équilatéral avec chaque vaisseau spatial séparé de 1,5 million de miles (2,5 millions de kilomètres). LISA sera donc un interféromètre un million de fois plus gros que tout ce que nous avons actuellement, ou aura jamais, sur Terre.
"LISA va cibler une population d'exoplanètes encore totalement non sondée, " a ajouté Tamanini. " D'un point de vue théorique, rien n'empêche la présence d'exoplanètes autour de naines blanches binaires compactes."
Si ces systèmes d'étoiles naines blanches binaires hébergent également des exoplanètes, ils nous aideront à mieux comprendre comment les systèmes stellaires comme le nôtre évoluent et si les planètes peuvent survivre après que leurs systèmes stellaires binaires se soient épuisés et soient morts. Les chercheurs soulignent également qu'ils pourraient également révéler s'il existe des exoplanètes de deuxième génération (c'est-à-dire des planètes qui se forment après la phase de géante rouge).
Au-delà des détections d'ondes gravitationnelles des exoplanètes, les possibilités sont infinies. S'il y a une chose que le "nouvel âge" actuel de l'astronomie des ondes gravitationnelles nous a appris, les futurs observatoires spatiaux comme LISA pourraient révéler des phénomènes qui se produisent dans l'obscurité et dont nous n'aurions jamais pensé être témoins.
Maintenant c'est intéressantEnviron 1, 600 années-lumière de la Terre, dans un système d'étoiles binaire connu sous le nom de J0806, deux naines blanches denses tournent l'une autour de l'autre toutes les 321 secondes. Sur la base des données de l'observatoire Chandra X-Ray, les astronomes pensent que la période orbitale déjà très courte des étoiles est de plus en plus courte, ce qui finira par faire fusionner les deux étoiles.
