Imaginez ne connaître que 15 personnes dans le monde, et au fur et à mesure que vous découvrez plus de gens, vos connaissances s'étendent. Les scientifiques qui étudient notre galaxie sont confrontés à quelque chose de similaire lorsqu'ils font des découvertes qui renforcent notre compréhension de l'univers.

Maura McLaughlin et Duncan Lorimer, professeurs de physique et d'astronomie à la West Virginia University, ont découvert une nouvelle paire de pulsars et ont suivi les caractéristiques d'un autre nouveau duo. Leurs recherches permettront de mieux comprendre le nombre de ces systèmes existants et la vitesse à laquelle ils fusionnent dans notre galaxie.

Spin doctors

Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide, les restes d'étoiles massives qui ont explosé en supernovae.

Lorsque deux pulsars tournent l'un autour de l'autre, leurs trajectoires peuvent être très elliptiques, un peu comme l'orbite de Mercure autour du soleil, mais l'attraction gravitationnelle entre les deux objets massifs les rapproche progressivement jusqu'à ce qu'ils fusionnent. La collision est si immense qu'elle envoie des ondulations à travers l'espace et le temps.

"Ces pulsars se déplacent très rapidement les uns autour des autres, " dit Lorimer. " Si vite, En réalité, qu'ils commencent à tester notre compréhension de la gravité."

Recensement cosmique

Il ya deux, 500 pulsars de tous types dans la Voie lactée, mais parmi eux, les systèmes binaires sont rarement trouvés. Les scientifiques n'en ont découvert que 15, mais ils croient qu'il pourrait y en avoir jusqu'à 100, 000.

McLaughlin et des collaborateurs d'universités aux États-Unis et à l'étranger ont découvert un nouveau système binaire dans une enquête à long terme utilisant l'observatoire d'Arecibo à Porto Rico.

"La découverte d'étoiles à neutrons doubles en orbite est importante, " a déclaré McLaughlin. " Mais notre découverte est également extrême dans le sens où elle a une courte période orbitale, ce qui le rend potentiellement excitant pour les tests de gravité."

L'orbite binaire pour cette découverte est de 1,88 heure. C'est l'orbite la plus courte de tous les systèmes binaires d'étoiles à neutrons doubles.

En observant les systèmes binaires, les scientifiques acquièrent une compréhension des extrêmes - tels que les densités et les forces magnétiques - qui ne se produisent pas sur Terre. Cette nouvelle découverte apporte une nouvelle compréhension de la théorie de la relativité d'Einstein et de la compréhension de la gravité en général.

Fusion massive

Dans certains cas, les étoiles à neutrons dans les systèmes binaires sont si éloignées qu'elles ne fusionnent pas et ne changeront pas significativement de séparation au fil du temps. Mais dans six des systèmes, les pulsars se déplacent si rapidement et leur attraction gravitationnelle est si forte qu'ils finiront par fusionner.

"Ils se rapprochent très progressivement, quelques millimètres par jour entre chacun d'eux." Lorimer a déclaré. "Ce que cela signifie, c'est que dans 100 millions d'années - ce qui n'est pas long du point de vue d'un astronome - ils entreront en collision."

Donc, quel est le résultat de la fusion de deux étoiles à neutrons ?

La fusion de ces deux massifs, objets denses est aussi spectaculaire que violent. Au fur et à mesure que leur orbite se resserre, ils finissent par se déchirer, perdre de l'énergie émise sous forme d'ondes gravitationnelles.

L'automne dernier, l'Observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser, connu sous le nom de LIGO, détecté directement les ondes gravitationnelles d'une collision de deux étoiles à neutrons situées au-delà de la Voie lactée.

Sean McWilliams, professeur assistant de physique et d'astronomie, et Zacharie Etienne, professeur adjoint de mathématiques, et plusieurs étudiants diplômés de WVU font partie de l'équipe de recherche LIGO.

En observant la collision des étoiles à neutrons, les scientifiques peuvent comprendre à quel point la matière extrême, l'extrême gravité et l'énergie électromagnétique interagissent les unes avec les autres.

"Les systèmes binaires que les scientifiques découvrent dans la Voie lactée sont des prototypes de ces fusions violentes que des instruments comme LIGO détectent au-delà de notre galaxie, " a déclaré Lorimer. " Il y a beaucoup de choses que nous pouvons apprendre de cela. "

Un autre type de télescope

Les pulsars sont extrêmement denses, et comme ils tournent, ils émettent des faisceaux d'ondes radio qui balayent l'espace, un peu comme les signaux d'un phare.

Les scientifiques utilisent des radiotélescopes, qui sont des instruments scientifiques extrêmement sensibles pour détecter ce rayonnement électromagnétique des profondeurs de l'espace.

Dans les données initiales, il y a peu de différence entre les pulsars réguliers et les systèmes binaires. Mais il y a des indices dans les mesures de la période de rotation.

« Dans un système binaire, vous ne voyez généralement pas les deux pulsars, car généralement un seul est pointé vers le télescope, " a déclaré Lorimer. "Mais vous voyez une période de spin qui est généralement beaucoup plus petite qu'un pulsar moyen et qui varie rapidement en raison des décalages Doppler et les étoiles à neutrons orbitent l'une autour de l'autre."

Dans l'enquête d'Arecibo, le télescope utilisait sept caméras pour observer systématiquement différentes parties du ciel à des moments donnés, permettant à l'instrument de couvrir plus de ciel que la normale. Depuis près de 15 ans, l'enquête a détecté 170 pulsars.

McLaughlin, Lorimer, et l'étudiant diplômé de WVU Nihan Pol a suivi un autre nouveau système binaire créé par des chercheurs de l'Institut Max Planck de radioastronomie en Allemagne qui a utilisé les données d'enquête du télescope Parkes en Australie.

Les scientifiques mènent des recherches de suivi avec chaque pulsar, mais lorsque les chercheurs de l'Institut Max Planck ont ​​rapidement réalisé qu'ils avaient découvert un nouveau système binaire, ils voulaient effectuer des mesures plus approfondies.

McLaughlin et Lorimer ont utilisé les données du télescope de Green Bank pour déterminer les paramètres approximatifs du système, comme sa vitesse d'orbite, heures d'arrivée et de décroissance.

"Nous devons faire des observations de suivi systématiques et essayer de comprendre autant que nous pouvons mesurer sur ces objets. Finalement, nous verrons des changements ou des signaux qui nous aideront à cartographier l'orbite, " Lorimer a déclaré. "C'est un processus à long terme. Il faut environ un an pour démêler les effets de l'orbite terrestre."

Regarder vers l'avenir (et vers le haut)

Les deux systèmes nous donnent maintenant de nouvelles informations sur la vitesse à laquelle les étoiles à neutrons doubles fusionnent.

Le système découvert avec l'observatoire d'Arecibo est sur une orbite très circulaire alors que le système découvert avec le télescope de Parkes est sur une orbite très excentrique, orbite de forme ovale. Connaissant leurs propriétés, et les propriétés d'autres systèmes, fournit de meilleures contraintes dans la compréhension des scientifiques du taux de fusion dans la Voie lactée.

McLaughlin, Nihan Pol, et Lorimer utilisent ces informations pour faire des prédictions sur le taux attendu de détection des ondes gravitationnelles des fusions d'étoiles à neutrons doubles dans l'univers local avec LIGO.

Leurs estimations montrent que LIGO devrait découvrir de nombreuses autres fusions d'étoiles à neutrons doubles au cours des prochaines années. "Cela nous fournira une image complémentaire de ces événements énergétiques à la fois dans les ondes électromagnétiques et gravitationnelles et nous donnera également encore plus d'informations sur le fonctionnement de l'extrême gravité", dit McLaughlin.