Des chercheurs sur les ondes gravitationnelles de l'Université de Birmingham ont développé un nouveau modèle qui promet de fournir de nouvelles informations sur la structure et la composition des étoiles à neutrons.

Le modèle montre que les vibrations, ou oscillatoires, à l'intérieur des étoiles peut être mesuré directement à partir du seul signal des ondes gravitationnelles. C'est parce que les étoiles à neutrons vont se déformer sous l'influence des forces de marée, les faisant osciller à des fréquences caractéristiques, et ceux-ci codent des informations uniques sur l'étoile dans le signal des ondes gravitationnelles.

Cela fait de l'astérosismologie - l'étude des oscillations stellaires - avec les ondes gravitationnelles des étoiles à neutrons en collision un nouvel outil prometteur pour sonder la nature insaisissable de la matière nucléaire extrêmement dense.

Les étoiles à neutrons sont les restes ultradenses d'étoiles massives effondrées. Ils ont été observés par milliers dans le spectre électromagnétique et pourtant, leur nature est mal connue. Des informations uniques peuvent être glanées en mesurant les ondes gravitationnelles émises lorsque deux étoiles à neutrons se rencontrent et forment un système binaire. Prédit pour la première fois par Albert Einstein, ces ondulations dans l'espace-temps ont été détectées pour la première fois par l'Observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser avancé (LIGO) en 2015.

En utilisant le signal des ondes gravitationnelles pour mesurer les oscillations des étoiles à neutrons, les chercheurs pourront découvrir de nouvelles informations sur l'intérieur de ces étoiles. L'étude est publiée dans Communication Nature .

Dr Geraint Pratten, du Gravitational Wave Institute de l'Université de Birmingham, est l'auteur principal de l'étude. Il a expliqué:"Alors que les deux étoiles tournent l'une autour de l'autre, leurs formes sont déformées par la force gravitationnelle exercée par leur compagnon. Cela devient de plus en plus prononcé et laisse une empreinte unique dans le signal des ondes gravitationnelles.

"Les forces de marée agissant sur les étoiles à neutrons excitent des oscillations à l'intérieur de l'étoile, ce qui nous donne un aperçu de leur structure interne. En mesurant ces oscillations à partir du signal des ondes gravitationnelles, nous pouvons extraire des informations sur la nature fondamentale et la composition de ces objets mystérieux qui seraient autrement inaccessibles."

Le modèle développé par l'équipe permet pour la première fois de déterminer directement la fréquence de ces oscillations à partir de mesures d'ondes gravitationnelles. Les chercheurs ont utilisé leur modèle sur le premier signal d'onde gravitationnelle observé à partir d'une fusion d'étoiles à neutrons binaires - GW170817.

Co-auteur principal, Dr Patricia Schmidt, a ajouté :« Près de trois ans après l'observation des premières ondes gravitationnelles d'une étoile à neutrons binaires, nous trouvons encore de nouvelles façons d'extraire plus d'informations à leur sujet à partir des signaux. Plus nous pourrons recueillir d'informations en développant des modèles théoriques toujours plus sophistiqués, plus nous nous rapprocherons de la révélation de la vraie nature des étoiles à neutrons."

Observatoires d'ondes gravitationnelles de nouvelle génération prévus pour les années 2030, sera capable de détecter beaucoup plus d'étoiles à neutrons binaires et de les observer avec beaucoup plus de détails qu'il n'est actuellement possible. Le modèle produit par l'équipe de Birmingham apportera une contribution significative à cette science.

"Les informations de cet événement initial étaient limitées car il y avait beaucoup de bruit de fond qui rendait le signal difficile à isoler, ", explique le Dr Pratten. "Avec des instruments plus sophistiqués, nous pouvons mesurer les fréquences de ces oscillations beaucoup plus précisément et cela devrait commencer à donner des informations vraiment intéressantes."