Les fusions entre les trous noirs et les étoiles à neutrons dans les amas d'étoiles denses sont assez différentes de celles qui se forment dans les régions isolées où les étoiles sont peu nombreuses. Leurs caractéristiques associées pourraient être cruciales pour l'étude des ondes gravitationnelles et de leur source. Le Dr Manuel Arca Sedda de l'Institut d'informatique astronomique de l'Université de Heidelberg est arrivé à cette conclusion dans une étude utilisant des simulations informatiques. La recherche peut offrir des informations critiques sur la fusion de deux objets stellaires massifs que les astronomes ont observés en 2019. Les résultats ont été publiés dans la revue Physique des communications .

Les étoiles beaucoup plus massives que notre soleil finissent généralement leur vie en tant qu'étoile à neutrons ou trou noir. Les étoiles à neutrons émettent des impulsions de rayonnement régulières qui permettent leur détection. En août 2017, par exemple, lorsque la première fusion d'étoiles à neutrons doubles a été observée, des scientifiques du monde entier ont détecté la lumière de l'explosion avec leurs télescopes. Trous noirs, d'autre part, restent généralement cachés parce que leur attraction gravitationnelle est si forte que même la lumière ne peut pas s'échapper, les rendant invisibles aux détecteurs électromagnétiques.

Si deux trous noirs fusionnent, l'événement peut être invisible mais est néanmoins détectable à partir d'ondulations dans l'espace-temps sous la forme d'ondes dites gravitationnelles. Certains détecteurs, comme le "Laser Interferometer Gravitational Waves Observatory" (LIGO) aux USA, sont capables de détecter ces ondes. La première observation directe réussie a été réalisée en 2015. Le signal a été généré par la fusion de deux trous noirs. Mais cet événement n'est peut-être pas la seule source d'ondes gravitationnelles, qui pourrait aussi provenir de la fusion de deux étoiles à neutrons ou d'un trou noir avec une étoile à neutrons. Découvrir les différences est l'un des enjeux majeurs de l'observation de ces événements, selon le Dr Arca Sedda.

Dans son étude, le chercheur d'Heidelberg a analysé la fusion de paires de trous noirs et d'étoiles à neutrons. Il a utilisé des simulations informatiques détaillées pour étudier les interactions entre un système composé d'une étoile et d'un objet compact, comme un trou noir, et un troisième objet itinérant massif requis pour une fusion. Les résultats indiquent que de telles interactions à trois corps peuvent en fait contribuer aux fusions trou noir-étoile à neutrons dans des régions stellaires denses comme les amas d'étoiles globulaires. « Une famille particulière de fusions dynamiques, nettement différente des fusions en zones isolées, peut être définie, " explique Manuel Arca Sedda.

La fusion d'un trou noir avec une étoile à neutrons a été observée pour la première fois par des observatoires d'ondes gravitationnelles en août 2019. Pourtant, les observatoires optiques du monde entier ont été incapables de localiser une contrepartie électromagnétique dans la région d'où provenait le signal d'ondes gravitationnelles. suggérant que le trou noir avait complètement dévoré l'étoile à neutrons sans la détruire d'abord. Si confirmé, cela pourrait être la première fusion observée trou noir-étoile à neutrons détectée dans un environnement stellaire dense, comme décrit par le Dr Arca Sedda.