Le 11 février, 2016, Des scientifiques du Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) ont annoncé la première détection d'ondes gravitationnelles. Ce développement, qui a confirmé une prédiction faite par la théorie de la relativité générale d'Einstein il y a un siècle, a ouvert de nouvelles voies de recherche pour les cosmologues et les astrophysiciens. Depuis cette époque, plus de détections ont été faites, qui auraient tous été le résultat de la fusion des trous noirs.

Cependant, selon une équipe d'astronomes de Glasgow et d'Arizona, les astronomes ne doivent pas se limiter à détecter les ondes causées par des fusions gravitationnelles massives. Selon une étude qu'ils ont récemment réalisée, le LIGO avancé, GEO 600, et le réseau de détecteurs d'ondes gravitationnelles Virgo pourrait également détecter les ondes gravitationnelles créées par la supernova. En faisant ainsi, les astronomes pourront voir pour la première fois l'intérieur du cœur d'étoiles en train de s'effondrer.

L'étude, intitulé "Déduire le mécanisme d'explosion de la supernova avec effondrement du cœur avec des simulations d'ondes gravitationnelles tridimensionnelles, " est récemment apparu en ligne. Dirigé par Jade Powell, qui a récemment terminé son doctorat. à l'Institute for Gravitational Research de l'Université de Glasgow, l'équipe soutient que les expériences actuelles sur les ondes gravitationnelles devraient être capables de détecter les ondes créées par les supernovae à effondrement du noyau (CSNe).

Autrement connu sous le nom de supernovae de type II, Les CCSNe sont ce qui se passe lorsqu'une étoile massive atteint la fin de sa durée de vie et subit un effondrement rapide. Cela déclenche une explosion massive qui souffle sur les couches externes de l'étoile, laissant derrière lui une étoile à neutrons résiduelle qui pourrait éventuellement devenir un trou noir. Pour qu'une étoile subisse un tel effondrement, elle doit être au moins 8 fois (mais pas plus de 40 à 50 fois) la masse du Soleil.

Lorsque ces types de supernovae ont lieu, on pense que les neutrinos produits dans le noyau transfèrent l'énergie gravitationnelle libérée par l'effondrement du noyau vers les régions externes plus froides de l'étoile. Le Dr Powell et ses collègues pensent que cette énergie gravitationnelle pourrait être détectée à l'aide des instruments actuels et futurs. Comme ils l'expliquent dans leur étude :

"Bien qu'aucun CCSNe n'ait actuellement été détecté par les détecteurs d'ondes gravitationnelles, des études antérieures indiquent qu'un réseau de détecteurs avancés peut être sensible à ces sources jusqu'au Grand Nuage de Magellan (LMC). Un CCSN serait une source multi-messagerie idéale pour aLIGO et AdV, comme neutrinos et contreparties électromagnétiques du signal seraient attendus. Les ondes gravitationnelles sont émises du plus profond du cœur de CCSNe, ce qui peut permettre des paramètres astrophysiques, comme l'équation d'état (EOS), à mesurer à partir de la reconstruction du signal des ondes gravitationnelles."

Le Dr Powell et elle ont également décrit une procédure dans leur étude qui pourrait être mise en œuvre à l'aide du modèle d'extracteur de preuves Supernova (SMEE). L'équipe a ensuite effectué des simulations à l'aide des derniers modèles tridimensionnels de supernovae d'effondrement de noyau d'ondes gravitationnelles pour déterminer si le bruit de fond pouvait être éliminé et une détection appropriée des signaux CCSNe effectuée.

Comme le Dr Powell l'a expliqué à Universe Today par e-mail :

"Le Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) est un algorithme que nous utilisons pour déterminer comment les supernovae obtiennent l'énorme quantité d'énergie dont elles ont besoin pour exploser. Il utilise des statistiques bayésiennes pour distinguer les différents modèles d'explosion possibles. Le premier modèle que nous considérons dans le document est que l'énergie d'explosion provient des neutrinos émis par l'étoile. Dans le deuxième modèle, l'énergie d'explosion provient d'une rotation rapide et de champs magnétiques extrêmement puissants. »

De là, l'équipe a conclu que dans un réseau de trois détecteurs, les chercheurs pouvaient déterminer correctement la mécanique de l'explosion pour les supernovae à rotation rapide, en fonction de leur distance. A une distance de 10 kiloparsecs (32, 615 années-lumière) ils seraient capables de détecter les signaux de CCSNe avec une précision de 100%, et des signaux à 2 kiloparsecs (6, 523 années-lumière) avec une précision de 95 %.

En d'autres termes, si et quand une supernova a lieu dans la galaxie locale, le réseau mondial formé par l'Advanced LIGO, Les détecteurs d'ondes gravitationnelles Virgo et GEO 600 auraient d'excellentes chances de le détecter. La détection de ces signaux permettrait également une science révolutionnaire, permettant aux scientifiques de "voir" pour la première fois l'intérieur d'étoiles en explosion. Comme l'a expliqué le Dr Powell :

"Les ondes gravitationnelles sont émises du plus profond du cœur de l'étoile où aucun rayonnement électromagnétique ne peut s'échapper. Cela permet à une détection d'ondes gravitationnelles de nous donner des informations sur le mécanisme d'explosion qui ne peuvent pas être déterminées avec d'autres méthodes. Nous pouvons également être en mesure de déterminer d'autres paramètres tels que la vitesse de rotation de l'étoile."

Dr Powell, ayant récemment terminé ses travaux de thèse, elle occupera également un poste de post-doctorat au RC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), le programme d'ondes gravitationnelles hébergé par l'Université de Swinburne en Australie. En attendant, elle et ses collègues mèneront des recherches ciblées pour les supernovae qui se sont produites pendant les premières et secondes séquences d'observation avancées du détecteur.

Bien qu'il n'y ait aucune garantie à ce stade qu'ils trouveront les signaux recherchés qui démontreraient que les supernovae sont détectables, l'équipe a de grands espoirs. Et étant donné les possibilités que cette recherche offre pour l'astrophysique et l'astronomie, ils ne sont guère seuls !