Visualisation de l'émission d'ondes gravitationnelles d'une paire d'objets compacts en orbite. Le prochain observatoire spatial d'ondes gravitationnelles LISA sera en mesure d'observer des centaines de ces systèmes d'étoiles binaires dans la galaxie de la Voie lactée, comprenant environ 50 binaires trouvés dans des amas globulaires, rapporte une nouvelle étude de la Northwestern University. Ces sources binaires contiendraient toutes les combinaisons de trous noirs, composants d'étoile à neutrons et de naines blanches. Crédit :NASA
La première détection historique d'ondes gravitationnelles provenant de la collision de trous noirs loin à l'extérieur de notre galaxie a ouvert une nouvelle fenêtre pour comprendre l'univers. Une série de détections (quatre trous noirs binaires supplémentaires et une paire d'étoiles à neutrons) a rapidement suivi le 14 septembre. 2015, observation.
Maintenant, un autre détecteur est en cours de construction pour ouvrir plus largement cette fenêtre. Cet observatoire de nouvelle génération, appelé LISA, devrait être dans l'espace en 2034, et il sera sensible aux ondes gravitationnelles d'une fréquence inférieure à celles détectées par l'Observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser lié à la Terre (LIGO).
Une nouvelle étude de la Northwestern University prédit que des dizaines de binaires (paires d'objets compacts en orbite) dans les amas globulaires de la Voie lactée seront détectables par LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Ces sources binaires contiendraient toutes les combinaisons de trous noirs, composants d'étoile à neutrons et de naines blanches. Les binaires formés à partir de ces amas denses en étoiles auront de nombreuses caractéristiques différentes de ces binaires qui se sont formés isolément, loin des autres stars.
L'étude est la première à utiliser des modèles d'amas globulaires réalistes pour faire des prédictions détaillées des sources LISA. "LISA Sources in Milky-Way Globular Clusters" a été publié aujourd'hui, 11 mai par la revue Lettres d'examen physique .
"LISA est sensible aux systèmes de la Voie Lactée et étendra la largeur du spectre des ondes gravitationnelles, nous permettant d'explorer différents types d'objets non observables avec LIGO, " a déclaré Kyle Kremer, le premier auteur de l'article, un doctorat étudiant en physique et en astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre d'une collaboration de recherche en astrophysique computationnelle basée au Centre d'exploration interdisciplinaire et de recherche en astrophysique (CIERA) de Northwestern.
La Voie lactée contient environ 150 amas globulaires observés, tels que M30, montré ici, comme illustré par le télescope spatial Hubble. Les amas globulaires sont des environnements denses contenant des millions d'étoiles serrées les unes contre les autres. Ces clusters sont des usines efficaces de sources d'ondes gravitationnelles qui peuvent être observées par des détecteurs tels que LIGO et le futur observatoire spatial, LISA. Une nouvelle étude de la Northwestern University prédit qu'environ 50 binaires dans les clusters seront détectables par LISA. Ces sources binaires contiendraient toutes les combinaisons de trous noirs, composants d'étoile à neutrons et de naines blanches. Crédit :ESA/Hubble
Dans la Voie Lactée, 150 amas globulaires ont été observés à ce jour. L'équipe de recherche de Northwestern prédit qu'un cluster sur trois produira une source LISA. L'étude prédit également qu'environ huit binaires de trous noirs seront détectables par LISA dans notre galaxie voisine d'Andromède et 80 autres dans la Vierge voisine.
Avant la première détection d'ondes gravitationnelles par LIGO, alors que les détecteurs jumeaux étaient en cours de construction aux États-Unis, des astrophysiciens du monde entier ont travaillé pendant des décennies sur des prédictions théoriques des phénomènes astrophysiques que LIGO observerait. C'est ce que font les astrophysiciens théoriciens du Nord-Ouest dans cette nouvelle étude, mais cette fois pour LISA, qui est construit par l'Agence spatiale européenne avec des contributions de la NASA.
"Nous faisons nos simulations et analyses informatiques en même temps que nos collègues plient le métal et construisent des vaisseaux spatiaux, de sorte que lorsque LISA vole enfin, nous sommes tous prêts en même temps, " a déclaré Shane L. Larson, directeur associé du CIERA et auteur de l'étude. "Cette étude nous aide à comprendre quelle science va être contenue dans les données LISA."
Un amas globulaire est une structure sphérique de centaines de milliers à des millions d'étoiles, liés gravitationnellement ensemble. Les amas sont parmi les plus anciennes populations d'étoiles de la galaxie et sont des usines efficaces de binaires d'objets compacts.
L'équipe de recherche de Northwestern avait de nombreux avantages dans la réalisation de cette étude. Au cours des deux dernières décennies, Frederic A. Rasio et son groupe ont développé un outil informatique puissant, l'un des meilleurs au monde, pour modéliser de manière réaliste les amas globulaires. Rasio, le professeur Joseph Cummings du département de physique et d'astronomie de Northwestern, est l'auteur principal de l'étude.
Les chercheurs ont utilisé plus d'une centaine de modèles d'amas globulaires entièrement évolués avec des propriétés similaires à celles des amas globulaires observés dans la Voie lactée. Les modèles, qui ont tous été créés au CIERA, ont été exécutés sur Quest, Le cluster de superordinateurs de Northwestern. Cette puissante ressource peut faire évoluer les 12 milliards d'années de la vie d'un amas globulaire en quelques jours.
