Vue d'artiste de la façon dont les ondes gravitationnelles et les émissions électromagnétiques d'une fusion d'étoiles à neutrons pourraient apparaître. NSF/LIGO/Université d'État de Sonoma/A. Simonnet Les scientifiques ont détecté le faible signal d'onde gravitationnelle de deux étoiles à neutrons entrant en collision, et les télescopes spatiaux ont mesuré l'éclair des rayons gamma émanant de la fusion violente. C'est la première fois que l'on observe à la fois des ondes gravitationnelles et un rayonnement électromagnétique émanant du même événement cosmique. C'est aussi la première fois que nous enregistrons les ondes gravitationnelles d'une fusion d'étoiles à neutrons.
Jusqu'à maintenant, les observatoires d'ondes gravitationnelles n'ont discerné que des fusions de trous noirs. L'Observatoire d'ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser (LIGO avancé), qui gère deux stations de détection à Washington et en Louisiane, est entré dans l'histoire en 2015 pour avoir fait la première détection d'ondes gravitationnelles ondulant dans l'espace-temps – une prédiction théorique clé de la relativité générale d'Einstein.
Depuis cette découverte historique, trois autres fusions de trous noirs ont été confirmées. L'événement de fusion de trous noirs le plus récent a été enregistré le 14 août et il a vu le détecteur Advanced Virgo (situé près de Pise en Italie) rejoindre LIGO pour effectuer la mesure la plus précise d'un écrasement de trou noir à ce jour.
A peine trois jours plus tard, le 17 août, LIGO et Vierge détectés un autre signal. Cette fois, il provenait de deux étoiles à neutrons en collision, prouver que les trous noirs ne sont pas les seuls événements à produire des ondes gravitationnelles. Une collaboration internationale de 70 télescopes terrestres et spatiaux a stimulé la découverte en capturant le sursaut de rayons gamma et la rémanence de la collision d'étoiles à neutrons qui s'est produite à 130 millions d'années-lumière dans une galaxie appelée NGC 4993.
Le lundi, 16 octobre l'étude LIGO/Virgo a été publiée dans la revue Physical Review Letters.
Cette comparaison avant et après de la galaxie NGC 4993 montre l'emplacement de la fusion d'étoiles à neutrons en lumière optique et proche infrarouge qui a généré le signal d'onde gravitationnelle GW170817. 1M2H/UC Observatoires de Santa Cruz et Carnegie/Ryan Foley "Cette détection ouvre la fenêtre d'une astronomie 'multi-messager' tant attendue, " a déclaré David H. Reitze, directeur exécutif du Laboratoire LIGO, dans un rapport.
"C'est la première fois que nous observons un événement astrophysique cataclysmique dans les ondes gravitationnelles et les ondes électromagnétiques - nos messagers cosmiques. L'astronomie des ondes gravitationnelles offre de nouvelles opportunités pour comprendre les propriétés des étoiles à neutrons d'une manière qui ne peut tout simplement pas être atteinte avec l'astronomie électromagnétique seule, " il ajouta.
À moins qu'ils ne soient entourés de gaz chauds, les fusions de trous noirs ne produisent pas nécessairement de rayonnement électromagnétique (comme la lumière, rayons X et infrarouge), ainsi, bien qu'ils puissent être les événements les plus énergétiques de notre univers, ils ne seront pas captés par les télescopes conventionnels. Avec des ondes gravitationnelles, cependant, les scientifiques ont ouvert une nouvelle fenêtre sur le cosmos "sombre", nous donnant la possibilité de « voir » les ondulations de l'espace-temps que ces événements puissants produisent. Les détecteurs d'ondes gravitationnelles utilisent des lasers ultraprécis tirant le long de tunnels en forme de "L" de plusieurs kilomètres de long pour mesurer la légère déformation de l'espace-temps que les ondes gravitationnelles provoquent lorsqu'elles traversent notre planète.
Détecter les ondes gravitationnelles est une chose, mais le summum de toute étude astronomique est d'avoir plusieurs observatoires observant le même événement sur plusieurs fréquences. Et maintenant, pour la première fois, les ondes gravitationnelles et ondes électromagnétiques de la même événement astrophysique ont été enregistrées pour révéler une quantité stupéfiante d'informations sur les collisions d'étoiles à neutrons.
"Cette détection a véritablement ouvert les portes d'une nouvelle façon de faire de l'astrophysique, " a déclaré Laura Cadonati, porte-parole adjoint de la Collaboration Scientifique LIGO, dans la sortie. "Je pense qu'il restera dans les mémoires comme l'un des événements astrophysiques les plus étudiés de l'histoire."
Grâce à l'analyse des signaux LIGO et Virgo, les chercheurs ont pu déchiffrer que deux objets massifs, entre 1,1 et 1,6 fois la masse de notre soleil, étaient devenus piégés dans une orbite binaire et se sont enroulés en spirale, créant un « gazouillis » révélateur de 100 secondes – une augmentation rapide de la fréquence des ondes gravitationnelles typique d'une fusion.
Une carte du ciel de localisation de tous les signaux d'ondes gravitationnelles confirmés détectés à ce jour. GW170814 et GW170817 ont des zones d'incertitude beaucoup plus petites que les autres détections. C'est parce que Virgo a également été ajouté au réseau. LIGO/Vierge/NASA/Leo Singer (image de la Voie lactée :Axel Mellinger) Après les trous noirs, les étoiles à neutrons sont les objets les plus denses de l'univers. Mesurer la taille approximative d'une ville, ces objets peuvent être plus massifs que notre soleil. En réalité, La matière des étoiles à neutrons est si dense qu'une cuillère à café de cette substance aura une masse d'un milliard de tonnes. Ce sont des restes d'étoiles massives qui ont explosé en supernova, ils possèdent donc également de puissants champs magnétiques et peuvent tourner rapidement, générant parfois de puissantes explosions de rayonnement à partir de leurs pôles – connues sous le nom de pulsars.
Lorsque ce signal d'onde gravitationnelle - appelé GW170817 - a été détecté, Les scientifiques de LIGO et de Virgo savaient qu'il ne s'agissait pas "d'une autre" fusion de trous noirs; ces objets étaient trop petits pour être des trous noirs et dans la gamme de masse d'étoiles à neutrons.
"Il nous est immédiatement apparu que la source était probablement des étoiles à neutrons, l'autre source convoitée que nous espérions voir - et promettant le monde que nous verrions, " a déclaré David Shoemaker, porte-parole de la Collaboration Scientifique LIGO, dans un rapport. "En informant des modèles détaillés du fonctionnement interne des étoiles à neutrons et des émissions qu'elles produisent, à la physique plus fondamentale comme la relativité générale, cet événement est tellement riche. C'est un cadeau qui continuera d'être offert."
Le Gamma-ray Burst Monitor du télescope spatial Fermi de la NASA a également détecté une rafale de rayons gamma à partir de l'emplacement de la source d'ondes gravitationnelles. Le signal des ondes gravitationnelles et les rayons gamma frappent la Terre à peu près au même moment, confirmant la théorie d'Einstein selon laquelle les ondes gravitationnelles se déplacent à la vitesse de la lumière.
En outre, dès que Fermi a détecté les rayons gamma, l'observatoire spatial gamma européen INTEGRAL a étudié le signal, confirmant que cet événement était un court sursaut gamma.
"Pendant des décennies, nous avons soupçonné que les sursauts gamma courts étaient alimentés par des fusions d'étoiles à neutrons, " a déclaré Julie McEnery, Scientifique du projet Fermi au Goddard Space Flight Center, dans un rapport. "Maintenant, avec les incroyables données de LIGO et Virgo pour cet événement, nous avons la réponse. Les ondes gravitationnelles nous disent que les objets fusionnant avaient des masses compatibles avec les étoiles à neutrons, et le flash des rayons gamma nous dit qu'il est peu probable que les objets soient des trous noirs, car une collision de trous noirs ne devrait pas émettre de lumière."
Théoriquement, lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision, l'événement génère une explosion connue sous le nom de "kilonova, " une boule de feu intense qui souffle un matériau surchauffé hors du point d'impact et dans l'espace environnant.
Les astronomes soupçonnent les kilonovas de créer les éléments les plus lourds trouvés dans tout notre univers - y compris l'or et le plomb - donc dans notre quête pour comprendre comment ces éléments sont ensemencés dans tout l'univers, les astronomes ont (littéralement) découvert une mine d'or scientifique.
L'observatoire américain Gemini, le très grand télescope européen et le télescope spatial Hubble ont étudié les conséquences de la fusion d'étoiles à neutrons et rapportent déjà des observations de matériaux nouvellement créés contenant les signatures d'or et de platine. Il s'agit donc d'un événement très important qui fournit des preuves de la façon dont les éléments lourds sont synthétisés dans les galaxies.
Cet événement a fourni des preuves d'observation d'un assortiment de théories, de prouver que les étoiles à neutrons le font, En réalité, entrer en collision, pour mettre en évidence la provenance des métaux précieux de notre univers.
Mais GW170817 a également créé son propre mystère.
La fusion d'étoiles à neutrons s'est produite dans une galaxie à seulement 130 millions d'années-lumière (les fusions de trous noirs précédemment détectées se sont produites à des milliards d'années-lumière), pourtant le signal reçu par LIGO et Virgo était beaucoup plus faible que prévu. Les scientifiques ne savent pas pourquoi, mais ce n'est que le début de notre odyssée des ondes gravitationnelles, nous pouvons donc nous attendre à beaucoup plus de mystères et de découvertes à mesure que les ondes d'événements énergétiques continuent d'être détectées.
Maintenant c'est pratiqueLe réseau d'ondes gravitationnelles deviendra encore plus fort une fois que les observatoires au Japon et en Inde seront en ligne dans les prochaines années, portant le total à cinq.
