Graphique montrant les points de données de l'observatoire des ondes gravitationnelles LIGO, tracer la fréquence en fonction du temps. Le gazouillis GW170817 dans les ondes gravitationnelles produites par la coalescence de deux étoiles à neutrons est clairement visible sous la forme d'une séquence de points dans une courbe ascendante. Après leur fusion, la fréquence des ondes gravitationnelles diminue pendant plusieurs secondes (voir la ligne de 1843 à 1847 secondes), indiquant un objet fusionné avec une vitesse de rotation décroissante. Van Putten et son équipe calculent que la probabilité qu'il s'agisse d'un faux résultat est d'environ 1 sur 40, 000. Crédit :LIGO / M.H.P.M van Putten &M. Della Valle
Pour la première fois, des astronomes ont détecté des ondes gravitationnelles à partir d'un étoile à neutrons hyper-massive. Les scientifiques, Maurice van Putten de l'Université Sejong en Corée du Sud, et Massimo della Valle de l'Osservatorio Astronomico de Capodimonte en Italie, publier leurs résultats dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society : Des lettres .
Les ondes gravitationnelles ont été prédites par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale en 1915. Les ondes sont des perturbations de l'espace-temps générées par des masses en mouvement rapide, qui se propagent à partir de la source. Au moment où les vagues atteignent la Terre, ils sont incroyablement faibles et leur détection nécessite un équipement extrêmement sensible. Il a fallu aux scientifiques jusqu'en 2016 pour annoncer la première observation d'ondes gravitationnelles à l'aide du détecteur LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory).
Depuis ce résultat fondateur, des ondes gravitationnelles ont été détectées à six autres reprises. Un de ceux-là, GW170817, résulte de la fusion de deux restes stellaires connus sous le nom d'étoiles à neutrons. Ces objets se forment après que des étoiles beaucoup plus massives que le Soleil explosent en supernovae, laissant derrière lui un noyau de matériau emballé à des densités extraordinaires.
En même temps que le sursaut d'ondes gravitationnelles de la fusion, les observatoires ont détecté des émissions en rayons gamma, rayons X, ultra-violet, lumière visible, ondes infrarouges et radio – une campagne d'observation sans précédent qui a confirmé l'emplacement et la nature de la source.
Un graphique montrant le nombre de rayons gamma en fonction du temps, dont le pic initial est de 1,7 seconde après la coalescence finale des deux étoiles à neutrons. Ce court sursaut gamma dure environ trois secondes pendant la période où la fréquence des ondes gravitationnelles diminue, illustré à la figure 1. Crédit :A.M. Goldstein et al. / M.H.P.M. van Putten &M. Della Valle
Les premières observations de GW170817 suggèrent que les deux étoiles à neutrons ont fusionné dans un trou noir, un objet avec un champ gravitationnel si puissant que même la lumière ne peut pas voyager assez rapidement pour échapper à son emprise. Van Putten et della Valle ont entrepris de vérifier cela, en utilisant une nouvelle technique pour analyser les données de LIGO et du détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo situé en Italie.
Leur analyse détaillée montre les détecteurs H1 et L1 dans LIGO, qui sont séparés par plus de 3, 000 kilomètres, simultanément capté un « bip » descendant d'environ 5 secondes. Significativement, ce gazouillis a commencé entre la fin de la salve initiale d'ondes gravitationnelles et une salve subséquente de rayons gamma. Sa basse fréquence (inférieure à 1 KHz, réduire à 49 Hz) suggère que l'objet fusionné a tourné pour devenir à la place une plus grande étoile à neutrons, plutôt qu'un trou noir.
Il y a d'autres objets comme ça, avec leur masse totale correspondant à des paires binaires d'étoiles à neutrons connues. Mais van Putten et della Valle ont maintenant confirmé leur origine.
Van Putten commente :« Nous sommes encore à l'ère pionnière de l'astronomie des ondes gravitationnelles. Il est donc utile d'examiner les données en détail. Pour nous, cela a vraiment porté ses fruits, et nous avons pu confirmer que deux étoiles à neutrons ont fusionné pour en former une plus grande."
Astronomie des ondes gravitationnelles, et extraire les données de chaque détection, fera un pas de plus l'année prochaine, lorsque le détecteur d'ondes gravitationnelles japonais Kamioka (KAGRA) sera mis en ligne.
