Au cours des dernières années, les astronomes ont franchi une étape incroyable :la détection des ondes gravitationnelles, des ondulations extrêmement faibles dans le tissu de l'espace et du temps émanant de certains des événements les plus cataclysmiques de l'univers, y compris les collisions entre les trous noirs et les étoiles à neutrons. Jusqu'à présent, il y a eu plus de 90 détections d'ondes gravitationnelles de tels événements, observables pendant seulement environ 0,1 à 100 secondes. Cependant, il peut y avoir d'autres sources d'ondes gravitationnelles, et les astronomes sont toujours à la recherche d'ondes gravitationnelles continues.

Les ondes gravitationnelles continues devraient être plus faciles à détecter car elles durent beaucoup plus longtemps que les signaux provenant de collisions avec des objets compacts. Les étoiles à neutrons sont une source possible d'ondes continues. Ce sont des "cadavres" stellaires laissés par des explosions de supernova d'étoiles massives. Après l'explosion initiale, l'étoile s'effondre sur elle-même, écrasant les atomes en une boule super dense de particules subatomiques appelées neutrons, d'où le nom d'étoile à neutrons. Le signal d'onde continue est lié à la vitesse de rotation de l'étoile à neutrons, de sorte que des mesures précises de la fréquence de rotation à l'aide de télescopes plus conventionnels amélioreraient considérablement les chances de détection de ces ondes insaisissables.

Dans un récent avis mensuel de la Royal Astronomical Society étude, dirigée par OzGrav Ph.D. Shanika Galaudage, étudiante à l'université de Monash, a cherché à déterminer les fréquences de spin des étoiles à neutrons pour aider à détecter les ondes gravitationnelles continues.

Sources possibles d'ondes gravitationnelles continues

Dans cette étude, les chercheurs ont émis l'hypothèse que les ondes gravitationnelles continues proviennent indirectement de l'accumulation progressive de matière sur une étoile à neutrons à partir d'une étoile compagne de faible masse - ces systèmes binaires d'une étoile à neutrons et d'une étoile compagne sont appelés binaires à rayons X de faible masse (LMXBs ).

Si l'étoile à neutrons peut maintenir une "montagne" de matière accumulée (même si elle ne mesure que quelques centimètres de hauteur), elle produira des ondes continues. La fréquence de ces ondes est liée à la vitesse de rotation de l'étoile à neutrons. Plus cette matière s'accumule rapidement, plus la "montagne" est grande, produisant des ondes continues plus grandes. Les systèmes qui accumulent cette matière plus rapidement sont également plus brillants en lumière X. Par conséquent, les LMXB les plus brillants sont les cibles les plus prometteuses pour détecter les ondes continues.

Scorpius X-1 (Sco X-1) et Cygnus X-1 (Cyg X-2) sont deux des systèmes LMXB les plus brillants - Sco X-1 se classe deuxième en termes de luminosité des rayons X par rapport au Soleil. En plus de leur extrême luminosité, les scientifiques en savent long sur ces deux systèmes LMXB, ce qui en fait des sources idéales d'ondes continues à étudier. Mais leurs fréquences de spin sont encore inconnues.

"Une façon de déterminer la vitesse de rotation de ces étoiles à neutrons consiste à rechercher des pulsations de rayons X", explique Shanika Galaudage, responsable de l'étude. "Les pulsations de rayons X des étoiles à neutrons sont comme des phares cosmiques. Si nous pouvions chronométrer l'impulsion, nous pourrions immédiatement révéler leur fréquence de spin et nous rapprocher de la détection du signal d'onde gravitationnelle continue."

"Sco X-1 est l'une des meilleures perspectives que nous ayons pour faire une première détection d'ondes gravitationnelles continues, mais c'est un problème d'analyse de données très difficile", déclare Karl Wette, chercheur à OzGrav et co-auteur de l'étude, de l'Université nationale australienne. "Trouver une fréquence de spin dans les données de rayons X reviendrait à braquer les projecteurs sur les données d'ondes gravitationnelles :" ici, c'est là que nous devrions regarder ". Le Sco X-1 serait alors un favori pour détecter les ondes gravitationnelles continues."

Recherche de pulsations de rayons X

L'équipe a effectué une recherche des pulsations de rayons X de Sco X-1 et Cyg X-2. Ils ont traité plus de 1000 heures de données de rayons X collectées par l'instrument Rossi X-ray Timing Explorer. La recherche a utilisé un total d'environ 500 heures de temps de calcul sur le supercalculateur OzSTAR.

Malheureusement, l'étude n'a trouvé aucune preuve claire de pulsations provenant de ces sources LMXB. Il y a un certain nombre de raisons pour lesquelles cela pourrait être :le LMXB pourrait avoir des champs magnétiques faibles qui ne sont pas assez puissants pour supporter des pulsations détectables. Ou il se pourrait que les pulsations vont et viennent avec le temps, ce qui les rendrait difficiles à détecter. Dans le cas de Sco X-1, il pourrait s'agir d'un trou noir, dont on ne s'attendrait pas à ce qu'il produise des pulsations de rayons X.

L'étude trouve les meilleures limites sur la luminosité de ces pulsations de rayons X si elles se produisaient; ces résultats pourraient signifier que les étoiles à neutrons ne peuvent pas supporter des montagnes de matière sous leur forte gravité. Les recherches futures peuvent s'appuyer sur cette étude en utilisant de meilleures techniques de recherche et des données plus sensibles. + Explorer plus loin

Ondes gravitationnelles continues dans les systèmes stellaires à rayons X :la recherche continue