Le 25 avril, 2019, l'observatoire LIGO Livingston a capté ce qui semblait être des ondulations gravitationnelles d'une collision de deux étoiles à neutrons. LIGO Livingston fait partie d'un réseau d'ondes gravitationnelles qui comprend LIGO (le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), financé par la National Science Foundation (NSF), et le détecteur européen Virgo. Maintenant, une nouvelle étude confirme que cet événement était en effet probablement le résultat d'une fusion de deux étoiles à neutrons. Ce ne serait que la deuxième fois que ce type d'événement serait observé dans les ondes gravitationnelles.

La première de ces observations, qui a eu lieu en août 2017, est entré dans l'histoire pour la première fois que des ondes gravitationnelles et de la lumière ont été détectées à partir du même événement cosmique. La fusion du 25 avril, par contre, n'a entraîné aucune détection de lumière. Cependant, par une analyse des seules données d'ondes gravitationnelles, les chercheurs ont appris que la collision a produit un objet avec une masse inhabituellement élevée.

« À partir d'observations conventionnelles avec la lumière, nous connaissions déjà 17 systèmes d'étoiles à neutrons binaires dans notre propre galaxie et nous avons estimé les masses de ces étoiles, " dit Ben Farr, un membre de l'équipe LIGO basé à l'Université de l'Oregon. "Ce qui est surprenant, c'est que la masse combinée de ce binaire est bien supérieure à ce qui était attendu."

"Nous avons détecté un deuxième événement cohérent avec un système d'étoiles à neutrons binaires et c'est une confirmation importante de l'événement d'août 2017 qui a marqué un nouveau départ passionnant pour l'astronomie multi-messagers il y a deux ans, " dit Jo van den Brand, Porte-parole de la Vierge et professeur à l'Université de Maastricht, et Nikhef et VU University Amsterdam aux Pays-Bas. L'astronomie multi-messagers se produit lorsque différents types de signaux sont observés simultanément, tels que ceux basés sur les ondes gravitationnelles et la lumière.

L'étude, soumis au Lettres de revues astrophysiques , est rédigé par une équipe internationale composée de la collaboration scientifique LIGO et de la collaboration Virgo, ce dernier étant associé au détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo en Italie. Les résultats ont été présentés lors d'un point de presse aujourd'hui, 6 janvier à la 235e réunion de l'American Astronomical Society à Honolulu, Hawaii.

Les étoiles à neutrons sont les restes d'étoiles mourantes qui subissent des explosions catastrophiques lorsqu'elles s'effondrent à la fin de leur vie. Lorsque deux étoiles à neutrons spiralent ensemble, ils subissent une fusion violente qui envoie des frissons gravitationnels à travers le tissu de l'espace et du temps.

LIGO est devenu le premier observatoire à détecter directement les ondes gravitationnelles en 2015; dans ce cas, les ondes ont été générées par la collision féroce de deux trous noirs. Depuis, LIGO et Virgo ont enregistré des dizaines de candidats à la fusion de trous noirs supplémentaires.

La fusion d'étoiles à neutrons d'août 2017 a été observée par les deux détecteurs LIGO, un à Livingston, Louisiane, et un à Hanford, Washington, avec une multitude de télescopes basés sur la lumière dans le monde (les collisions d'étoiles à neutrons produisent de la lumière, alors que les collisions de trous noirs ne sont généralement pas considérées comme telles). Cette fusion n'était pas clairement visible dans les données Virgo, mais ce fait a fourni des informations clés qui ont finalement permis de localiser l'événement dans le ciel.

L'événement d'avril 2019 a été identifié pour la première fois dans les données du seul détecteur LIGO Livingston. Le détecteur LIGO Hanford était temporairement hors ligne à l'époque, et, à une distance de plus de 500 millions d'années-lumière, l'événement était trop faible pour être visible dans les données de la Vierge. En utilisant les données de Livingston, combiné avec des informations dérivées des données de Virgo, l'équipe a réduit le lieu de l'événement à un morceau de ciel de plus de 8, 200 degrés carrés de taille, ou environ 20 pour cent du ciel. En comparaison, l'événement d'août 2017 a été réduit à une région de seulement 16 degrés carrés, ou 0,04 pour cent du ciel.

"Il s'agit de notre premier événement publié pour une détection à un seul observatoire, " dit Anamaria Effler de Caltech, un scientifique qui travaille à LIGO Livingston. "Mais la Vierge a apporté une contribution précieuse. Nous avons utilisé des informations sur sa non-détection pour nous dire approximativement d'où le signal doit provenir."

Les données LIGO révèlent que la masse combinée des corps fusionnés est d'environ 3,4 fois la masse de notre Soleil. Dans notre galaxie, les systèmes d'étoiles à neutrons binaires connus ont des masses combinées jusqu'à seulement 2,9 fois celles du Soleil. Une possibilité pour la masse inhabituellement élevée est que la collision n'a pas eu lieu entre deux étoiles à neutrons, mais une étoile à neutrons et un trou noir, puisque les trous noirs sont plus lourds que les étoiles à neutrons. Mais si c'était le cas, le trou noir devrait être exceptionnellement petit pour sa catégorie. Au lieu, les scientifiques pensent qu'il est beaucoup plus probable que LIGO ait assisté à l'éclatement de deux étoiles à neutrons.

"Ce que nous savons des données, ce sont les masses, et les masses individuelles correspondent très probablement à des étoiles à neutrons. Cependant, en tant que système d'étoiles à neutrons binaires, la masse totale est beaucoup plus élevée que n'importe laquelle des autres binaires d'étoiles à neutrons galactiques connues, " dit Surabhi Sachdev, un membre de l'équipe LIGO basé à Penn State. "Et cela pourrait avoir des implications intéressantes sur la façon dont la paire s'est formée à l'origine."

On pense que les paires d'étoiles à neutrons se forment de deux manières possibles. Ils pourraient se former à partir de systèmes binaires d'étoiles massives qui terminent chacune leur vie en tant qu'étoiles à neutrons, ou ils pourraient survenir lorsque deux étoiles à neutrons formées séparément se réunissent dans un environnement stellaire dense. Les données LIGO pour l'événement du 25 avril n'indiquent pas lequel de ces scénarios est le plus probable, mais ils suggèrent que davantage de données et de nouveaux modèles sont nécessaires pour expliquer la masse étonnamment élevée de la fusion.