La première détection d'ondes gravitationnelles issues de la fusion cataclysmique de deux étoiles à neutrons, et l'observation de la lumière visible au lendemain de cette fusion, enfin répondre à une question de longue date en astrophysique :d'où viennent les éléments les plus lourds, allant de l'argent et d'autres métaux précieux à l'uranium, viens de?

Sur la base de la luminosité et de la couleur de la lumière émise suite à la fusion, qui correspondent étroitement aux prédictions théoriques de l'Université de Californie, Berkeley et Lawrence Berkeley National Laboratory physiciens, les astronomes peuvent maintenant dire que l'or ou le platine de votre alliance a probablement été forgé lors de la fusion brève mais violente de deux étoiles à neutrons en orbite quelque part dans l'univers.

Il s'agit de la première détection d'une fusion d'étoiles à neutrons par les détecteurs du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-Unis, dont les dirigeants ont reçu le prix Nobel de physique il y a deux semaines, et le détecteur Virgo en Italie. LIGO avait déjà détecté des ondes gravitationnelles provenant de quatre fusions de trous noirs, et Vierge une, mais de tels événements devraient être complètement sombres. C'est la première fois que de la lumière associée à une source d'ondes gravitationnelles est détectée.

"Nous travaillons depuis des années pour prédire à quoi ressemblerait la lumière d'une fusion neutronique, " a déclaré Daniel Kasen, professeur agrégé de physique et d'astronomie à l'UC Berkeley et scientifique au Berkeley Lab. "Maintenant, cette spéculation théorique a soudainement pris vie."

La fusion d'étoiles à neutrons, surnommé GW170817, a été détecté le 17 août et immédiatement télégraphié aux observateurs du monde entier, qui braquaient leurs petits et grands télescopes sur la région du ciel d'où il venait. Les ondulations dans l'espace-temps mesurées par LIGO/Virgo suggèrent une fusion d'étoiles à neutrons, puisque chaque étoile du binaire pesait entre 1 et 2 fois la masse de notre soleil. En dehors des trous noirs, les étoiles à neutrons sont les objets les plus denses connus dans l'univers. Ils sont créés lorsqu'une étoile massive épuise son carburant et s'effondre sur elle-même, comprimer une masse comparable à celle du soleil dans une sphère de seulement 10 milles de diamètre.

Seulement 1,7 seconde après l'enregistrement des ondes gravitationnelles, le télescope spatial Fermi a détecté une courte rafale de rayons gamma de la même région, preuve que des jets concentrés d'énergie sont produits lors de la fusion des étoiles à neutrons. Moins de 11 heures plus tard, les observateurs ont eu leur premier aperçu de la lumière visible de la source. Il était localisé dans une galaxie connue, NGC 4993, situé à environ 130 millions d'années-lumière de la Terre en direction de la constellation de l'Hydre.

La détection d'une fusion d'étoiles à neutrons était surprenante, parce que les étoiles à neutrons sont beaucoup plus petites que les trous noirs et que leurs fusions produisent des ondes gravitationnelles beaucoup plus faibles que les fusions de trous noirs. Selon le professeur d'astronomie et de physique de Berkeley Eliot Quataert, "Nous nous attendions à ce que LIGO trouve une fusion d'étoiles à neutrons dans les années à venir, mais la voir si proche - pour les astronomes - et si brillante en lumière normale a dépassé toutes nos attentes les plus folles. Et, encore plus étonnant, il s'avère que la plupart de nos prédictions sur ce à quoi ressembleraient les fusions d'étoiles à neutrons vues par les télescopes normaux étaient justes !"

Les observations LIGO/Virgo des ondes gravitationnelles et la détection de leur contrepartie optique seront discutées lors d'une conférence de presse à 10 heures HAE lundi, 16 octobre au National Press Club à Washington, D.C. Simultanément, plusieurs dizaines d'articles discutant des observations seront publiés en ligne par La nature , Science et le Journal d'astrophysique Des lettres.

Genèse des éléments

Alors que l'hydrogène et l'hélium se sont formés dans le Big Bang il y a 13,8 milliards d'années, des éléments plus lourds comme le carbone et l'oxygène se sont formés plus tard dans le cœur des étoiles par fusion nucléaire d'hydrogène et d'hélium. Mais ce processus ne peut construire que des éléments jusqu'au fer. La fabrication des éléments les plus lourds nécessite un environnement spécial dans lequel les atomes sont bombardés à plusieurs reprises par des neutrons libres. Comme les neutrons collent aux noyaux atomiques, des éléments plus haut dans le tableau périodique sont construits.

Où et comment ce processus de production d'éléments lourds se produit a été l'une des questions les plus anciennes en astrophysique. L'attention s'est récemment tournée vers les fusions d'étoiles à neutrons, où la collision des deux étoiles projette dans l'espace des nuages ​​de matière riche en neutrons, où ils pourraient s'assembler en éléments lourds.