Des scientifiques du Centre d'excellence de l'ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav) ont décrit un moyen de déterminer la population de naissance des étoiles à neutrons doubles, certains des objets les plus denses de l'univers formés lors de l'effondrement d'étoiles massives. L'étude récemment publiée a observé différentes étapes de la vie de ces systèmes d'étoiles à neutrons.

Les scientifiques peuvent observer la fusion de systèmes d'étoiles à neutrons doubles à l'aide d'ondes gravitationnelles, des ondulations dans le tissu de l'espace et du temps. En étudiant les populations d'étoiles à neutrons, les scientifiques peuvent en apprendre davantage sur la façon dont ils se sont formés et ont évolué. Jusque là, il n'y a eu que deux systèmes d'étoiles à neutrons doubles détectés par des détecteurs d'ondes gravitationnelles; cependant, beaucoup d'entre eux ont été observés en radioastronomie.

L'une des étoiles à neutrons doubles observée dans les signaux d'ondes gravitationnelles, appelé GW190425, est beaucoup plus massive que celles des populations galactiques typiques observées en radioastronomie, avec une masse combinée de 3,4 fois celle de notre Soleil. Cela soulève la question :pourquoi manque-t-il ces étoiles massives à double neutrons en radioastronomie ? Pour trouver une réponse, OzGrav Ph.D. étudiante Shanika Galaudage, de l'Université Monash, ont étudié comment combiner les observations radio et les ondes gravitationnelles.

La naissance, la mi-vie et la mort des étoiles à neutrons doubles

L'astronomie radio et gravitationnelle permet aux scientifiques d'étudier les étoiles à neutrons doubles à différents stades de leur évolution. Les observations radio sondent la vie des étoiles à neutrons doubles, tandis que les ondes gravitationnelles étudient leurs derniers instants de vie. Pour mieux comprendre ces systèmes, de la création à la fusion, les scientifiques doivent étudier le lien entre les populations d'ondes radio et gravitationnelles :leurs populations de naissance.

Shanika et son équipe ont déterminé la distribution de masse à la naissance d'étoiles à neutrons doubles à l'aide d'observations radio et d'ondes gravitationnelles. "Les deux populations évoluent à partir des populations de naissance de ces systèmes, donc si nous regardons en arrière en considérant les populations d'ondes radio et gravitationnelles que nous voyons aujourd'hui, nous devrions pouvoir extraire la distribution des naissances, ", explique Shanika Galaudage.

La clé est de comprendre la distribution du temps de retard des étoiles à neutrons doubles :le temps entre la formation et la fusion de ces systèmes. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que les systèmes d'étoiles à double neutrons plus lourds pourraient être des systèmes à fusion rapide, ce qui signifie qu'ils fusionnent trop rapidement pour être visibles dans les observations radio et ne pourraient être vus que dans les ondes gravitationnelles.

GW190425 et le canal à fusion rapide

L'étude a trouvé un soutien modéré pour un canal à fusion rapide, indiquant que les systèmes d'étoiles lourdes à double neutrons peuvent ne pas avoir besoin d'un scénario de fusion rapide pour expliquer le manque d'observations dans les populations radio. "Nous constatons que GW190425 n'est pas une valeur aberrante par rapport à la population plus large d'étoiles à neutrons doubles, " déclare le co-auteur de l'étude Christian Adamcewicz, de l'Université Monash. "Donc, ces systèmes peuvent être rares, mais ils ne sont pas nécessairement révélateurs d'une population distincte en fusion rapide. »

Dans les futures détections d'ondes gravitationnelles, les chercheurs peuvent s'attendre à observer davantage de fusions d'étoiles à neutrons doubles. "Si les futures détections révèlent un écart plus important entre les populations d'ondes radio et gravitationnelles, notre modèle fournit une explication naturelle pour laquelle de telles étoiles massives à neutrons doubles ne sont pas courantes dans les populations radio, " ajoute le co-auteur Dr Simon Stevenson, un chercheur postdoctoral OzGrav à l'Université de technologie de Swinburne.