Illustration d'artiste d'une "étoile à neutrons isolée" - une sans restes de supernova associés, compagnons binaires ou pulsations radio. Crédit :Casey Reed - Penn State University
Une équipe d'astrophysiciens dirigée par Ph.D. étudiant Mike Lau, du Centre d'excellence ARC en découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav), ont récemment prédit que les ondes gravitationnelles des étoiles à neutrons doubles pourraient être détectées par le futur satellite spatial LISA. Les résultats ont été présentés lors du 14e atelier scientifique annuel de l'Institut national australien d'astrophysique théorique (ANITA) 2020. Ces mesures pourraient aider à déchiffrer la vie et la mort des étoiles.
Lau, premier auteur de l'article, compare son équipe aux astro-paléontologues :« Comme apprendre un dinosaure à partir de son fossile, nous reconstituons la vie d'une étoile binaire à partir de leurs fossiles d'étoiles à neutrons doubles."
Une étoile à neutrons est le « cadavre » restant d'une énorme étoile après l'explosion de la supernova qui se produit à la fin de sa vie. Une étoile à neutrons double, un système de deux étoiles à neutrons en orbite l'une autour de l'autre, produit des perturbations périodiques dans l'espace-temps environnant, un peu comme des ondulations se répandant sur la surface d'un étang. Ces « ondulations » sont appelées ondes gravitationnelles, et ont fait la une des journaux lorsque la collaboration LIGO/Virgo les a détectés pour la première fois en 2015. Ces ondes gravitationnelles se sont formées lorsqu'une paire de trous noirs s'est trop rapprochée et a fusionné.
Cependant, les scientifiques n'ont toujours pas trouvé de moyen de mesurer les ondes gravitationnelles émises lorsque deux étoiles à neutrons ou trous noirs sont encore éloignés l'un de l'autre sur leur orbite. Ces ondes plus faibles contiennent des informations précieuses sur la vie des étoiles et pourraient révéler l'existence de populations d'objets entièrement nouvelles dans notre Galaxie.
Conception d'artiste du vaisseau spatial LISA. Crédit :NASA
L'étude récente montre que l'antenne spatiale de l'interféromètre laser (LISA) pourrait potentiellement détecter ces ondes gravitationnelles provenant d'étoiles à neutrons doubles. LISA est un détecteur d'ondes gravitationnelles spatial dont le lancement est prévu en 2034, dans le cadre d'une mission menée par l'Agence spatiale européenne. Il est composé de trois satellites reliés par des faisceaux laser, formant un triangle qui orbitera autour du Soleil. Le passage des ondes gravitationnelles étirera et comprimera les bras laser de 40 millions de kilomètres de ce triangle. Le détecteur très sensible captera les ondes à oscillation lente, qui sont actuellement indétectables par LIGO et Virgo.
En utilisant des simulations informatiques pour modéliser une population d'étoiles à neutrons doubles, l'équipe prédit qu'en quatre ans de fonctionnement, LISA aura mesuré les ondes gravitationnelles émises par des dizaines d'étoiles à neutrons doubles en orbite. Leurs résultats ont été publiés dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .
Une explosion de supernova donne un coup de pied à l'étoile à neutrons qu'elle forme et rend l'orbite circulaire initiale de forme ovale. D'habitude, l'émission d'ondes gravitationnelles arrondit l'orbite, c'est le cas des étoiles à neutrons doubles détectées par LIGO et Virgo. Mais LISA pourra détecter les étoiles à neutrons doubles quand elles seront encore éloignées, il peut donc être possible d'apercevoir l'orbite ovale.
Comme l'orbite est ovale, décrit comme l'excentricité de l'orbite, peut en dire beaucoup aux astronomes sur ce à quoi ressemblaient les deux étoiles avant de devenir des étoiles à neutrons doubles. Par exemple, leur séparation et à quel point ils ont été « bottés » par la supernova.
La compréhension des étoiles binaires – des étoiles qui naissent en couple – est en proie à de nombreuses incertitudes. Les scientifiques espèrent que d'ici les années 2030, La détection par LISA d'étoiles à neutrons doubles nous éclairera sur leur vie secrète.
