Une percée importante dans la façon dont nous pouvons comprendre les collisions d'étoiles mortes et l'expansion de l'Univers a été réalisée par une équipe internationale, dirigé par l'Université d'East Anglia.

Ils ont découvert un pulsar inhabituel, l'un des « phares » d'étoiles à neutrons en rotation magnétisée de l'espace lointain qui émet des ondes radio hautement focalisées à partir de ses pôles magnétiques.

Le pulsar nouvellement découvert (connu sous le nom de PSR J1913+1102) fait partie d'un système binaire, ce qui signifie qu'il est verrouillé sur une orbite extrêmement étroite avec une autre étoile à neutrons.

Les étoiles à neutrons sont les restes stellaires morts d'une supernova. Ils sont constitués de la matière la plus dense connue, emballant des centaines de milliers de fois la masse de la Terre dans une sphère de la taille d'une ville.

Dans environ un demi-milliard d'années, les deux étoiles à neutrons entreront en collision, libérant des quantités étonnantes d'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles et de lumière.

Mais le pulsar nouvellement découvert est inhabituel car les masses de ses deux étoiles à neutrons sont très différentes, l'une étant bien plus grande que l'autre.

Ce système asymétrique donne aux scientifiques l'assurance que les fusions d'étoiles à neutrons doubles fourniront des indices essentiels sur les mystères non résolus de l'astrophysique, notamment une détermination plus précise du taux d'expansion de l'Univers, connue sous le nom de constante de Hubble.

La découverte, publié aujourd'hui dans la revue La nature , a été réalisée à l'aide du radiotélescope d'Arecibo à Porto Rico.

Chercheur principal Dr Robert Ferdman, de l'École de physique de l'UEA, a déclaré :« En 2017, Les scientifiques du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ont d'abord détecté la fusion de deux étoiles à neutrons.

"L'événement a provoqué des ondulations d'ondes gravitationnelles à travers le tissu de l'espace-temps, comme l'avait prédit Albert Einstein il y a plus d'un siècle."

Connu sous le nom de GW170817, cet événement spectaculaire a également été observé avec des télescopes traditionnels dans des observatoires du monde entier, qui a identifié son emplacement dans une galaxie lointaine, 130 millions d'années-lumière de notre propre Voie lactée.

Le Dr Ferdman a déclaré:"Cela a confirmé que le phénomène des sursauts gamma courts était dû à la fusion de deux étoiles à neutrons. Et on pense maintenant que ce sont les usines qui produisent la plupart des éléments les plus lourds de l'Univers, comme l'or."

La puissance libérée pendant la fraction de seconde lorsque deux étoiles à neutrons fusionnent est énorme - estimée à des dizaines de fois plus grande que toutes les étoiles de l'Univers réunies.

L'événement GW170817 n'était donc pas surprenant. Mais l'énorme quantité de matière éjectée de la fusion et son éclat étaient un mystère inattendu.

Le Dr Ferdman a déclaré :« La plupart des théories sur cet événement supposent que les étoiles à neutrons verrouillées dans des systèmes binaires ont une masse très similaire.

"Notre nouvelle découverte modifie ces hypothèses. Nous avons découvert un système binaire contenant deux étoiles à neutrons de masses très différentes.

"Ces étoiles entreront en collision et fusionneront dans environ 470 millions d'années, ce qui semble long, mais ce n'est qu'une petite fraction de l'âge de l'Univers.

"Parce qu'une étoile à neutrons est nettement plus grosse, son influence gravitationnelle déformera la forme de son étoile compagne, en enlevant de grandes quantités de matière juste avant qu'elles ne fusionnent réellement, et potentiellement le perturber complètement.

"Cette 'perturbation de marée' éjecte une plus grande quantité de matière chaude que prévu pour les systèmes binaires de masse égale, résultant en une émission plus puissante.

"Bien que GW170817 puisse être expliqué par d'autres théories, nous pouvons confirmer qu'un système parent d'étoiles à neutrons avec des masses significativement différentes, similaire au système PSR J1913+1102, est une explication très plausible.

« Peut-être plus important encore, la découverte met en évidence qu'il existe beaucoup plus de ces systèmes, ce qui représente plus d'un binaire sur 10 à double étoile à neutrons fusionnant. »

Co-auteur, le Dr Paulo Freire de l'Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn, Allemagne, a déclaré:"Une telle perturbation permettrait aux astrophysiciens d'obtenir de nouveaux indices importants sur la matière exotique qui constitue l'intérieur de ces extrêmes, objets denses.

"Cette matière est toujours un mystère majeur - elle est si dense que les scientifiques ne savent toujours pas de quoi elle est réellement faite. Ces densités sont bien au-delà de ce que nous pouvons reproduire dans les laboratoires terrestres."

La perturbation de l'étoile à neutrons plus légère augmenterait également la luminosité du matériau éjecté par la fusion. Cela signifie qu'avec les détecteurs d'ondes gravitationnelles tels que le LIGO basé aux États-Unis et le détecteur Virgo basé en Europe, les scientifiques pourront également les observer avec des télescopes conventionnels.

Le Dr Ferdman a déclaré :« Excitant, cela peut également permettre une mesure complètement indépendante de la constante de Hubble, la vitesse à laquelle l'Univers s'étend. Les deux principales méthodes pour ce faire sont actuellement en contradiction l'une avec l'autre, C'est donc un moyen crucial de sortir de l'impasse et de comprendre plus en détail comment l'Univers a évolué."

"Asymmetric mass ratios for bright double neutron-star fusions" est publié dans la revue La nature le 8 juillet, 2020.