L'astrophysicien Chris Fryer profitait d'une soirée avec des amis le 25 août 2017, quand il a appris la nouvelle d'une détection d'ondes gravitationnelles par LIGO, l'Observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser. L'événement semblait être une fusion de deux étoiles à neutrons, une spécialité de l'équipe d'astrophysiciens du Laboratoire national de Los Alamos dirigée par Fryer. Alors que le cataclysme cosmique lointain se déroulait, de nouvelles données d'observation affluaient de l'observation - seulement la cinquième publiée depuis que l'observatoire a commencé à fonctionner il y a près de deux ans.

"Dès que j'ai appris la nouvelle, Je savais que comprendre toutes les implications exigerait la contribution d'un large, ensemble multidisciplinaire de scientifiques, " dit Fryer, qui dirige le Centre d'astrophysique théorique de Los Alamos. collègues de Fryer, Ryan Wollaeger et Oleg Korobkin, ont décrit une série de calculs de transport de rayonnement et ont été prioritaires sur les supercalculateurs de Los Alamos pour les exécuter. « En quelques heures, nous étions opérationnels."

Ils ont rapidement découvert que les données LIGO montraient plus de masse éjectée de la fusion que les simulations ne le représentaient. D'autres chercheurs de Los Alamos ont commencé à traiter les données d'une variété de télescopes capturant optique, ultra-violet, radiographie, et des signaux de rayons gamma dans des observatoires du monde entier (et dans l'espace) qui avaient tous été rapidement dirigés vers l'emplacement général de la découverte de LIGO.

Les théoriciens ont peaufiné leurs modèles et, pour leur plus grand plaisir, les nouvelles données LIGO ont confirmé que des éléments lourds au-delà du fer ont été formés par le processus r (processus rapide) dans la fusion étoile à neutrons. L'observation des ondes gravitationnelles avait un impact majeur sur la théorie.

Ils ont aussi rapidement remarqué que, quelques secondes après le temps des ondes gravitationnelles, le vaisseau spatial Fermi a signalé une rafale de rayons gamma de la même partie du ciel. C'est la première fois qu'une source d'ondes gravitationnelles est détectée d'une autre manière. Cela confirme la prédiction d'Einstein selon laquelle les ondes gravitationnelles se déplacent à la même vitesse que les rayons gamma :la vitesse de la lumière.

Quand les étoiles à neutrons entrent en collision

L'émission d'ondes gravitationnelles et l'explosion électromagnétique associée proviennent de la fusion de deux étoiles à neutrons dans une galaxie appelée NGC 4993, à environ 130 millions d'années-lumière dans la constellation de l'Hydre. Les étoiles à neutrons sont les restes écrasés d'étoiles massives qui ont explosé autrefois dans d'énormes explosions connues sous le nom de supernovae.

Avec des masses de 10 et 20 % supérieures à celles du soleil et une empreinte de la taille de Washington, D.C., les étoiles à neutrons tournoyaient les unes autour des autres vers leur disparition, tourner des centaines de fois par seconde. Alors qu'ils se rapprochaient comme une patineuse en rotation tirant dans ses bras, leur attraction gravitationnelle mutuelle a brisé les étoiles dans un flash à haute énergie appelé sursaut court de rayons gamma et a émis le signal d'onde gravitationnelle révélateur. Bien que les sursauts gamma courts aient longtemps été théorisés pour être produits par des fusions d'étoiles à neutrons, cet événement, avec à la fois des observations de rayons gamma et d'ondes de gravité, fournit la première preuve définitive.

Avec la transversalité de Los Alamos, expertise multi-sciences, l'équipe de Los Alamos était préparée et prête pour un tel événement. Le chercheur de laboratoire Oleg Korobkin est l'auteur principal de la théorie d'un article publié hier dans Science, tandis que Ryan Wollaeger du Lab est le deuxième auteur de la théorie sur un article publié hier dans La nature .

Au-delà de ce travail théorique, bien que, Les scientifiques de Los Alamos ont été engagés dans un large éventail d'observations, astronomie, et des tâches d'analyse de données à l'appui de la découverte d'étoiles à neutrons LIGO. Parce que la mission principale du Laboratoire est centrée sur le stock nucléaire de la nation, Los Alamos maintient une expertise approfondie en physique nucléaire et sa cousine l'astrophysique, la physique du transport des rayonnements, l'analyse des données, et les codes informatiques qui exécutent des simulations nucléaires massives sur des supercalculateurs de renommée mondiale. En d'autres termes, le Laboratoire est un partenaire logique pour étendre les découvertes du LIGO en théories et modèles et pour confirmer les conclusions sur ce que l'observatoire découvre.