Le détecteur LIGO capte les ondes gravitationnelles engendrées par la collision de deux étoiles à neutrons

Des astronomes spécialistes des ondes gravitationnelles ont encore réussi à détecter une nouvelle collision entre deux étoiles à neutrons.

Image d’entête : représentation artistique de deux étoiles à neutrons en collision. (National Science Foundation/ LIGO/ Sonoma State University/ A. Simonnet)

Le 25 avril 2019, deux étoiles à neutrons situées à environ 520 millions d’années-lumière se sont réunies et ont fusionné en un seul objet. Cet objet s’appelle GW190425, et bien que ce ne soit que la deuxième collision de ce type que les astronomes auront observé, elle permet déjà d’élargir notre perception de ces colossales collisions cosmiques.

Simulation de la fusion de deux étoiles à neutrons :

Selon les chercheurs dans leur étude, soumis à publication :

La source de GW190425 représente un type de phénomène astrophysique qui n’avait pas encore été détecté.

Le premier événement relatif à une collision d’étoiles à neutrons binaires a été détecté en août 2017 (lien ci-dessous), et il a fourni une abondante et remarquable quantité de données sur toute une gamme de sources d’observation, ce qu’on appelle l’astronomie multimessager.

Cette semaine, cette nouvelle détection l’a confirmé.

Selon le physicien et porte-parole de l’instrument de détection Virgo, Jo van den Brand de l’université de Maastricht aux Pays-Bas :

Nous avons détecté un deuxième événement correspondant à un système d’étoiles à neutrons binaires et c’est une confirmation importante de l’événement d’août 2017 qui a marqué un nouveau départ passionnant pour l’astronomie multi-messagers il y a deux ans.

Il y a des différences très importantes.

Contrairement à la première étoile à neutrons (appelée GW170817), aucune lumière n’a été détectée lorsque les deux étoiles de GW190425 sont entrées en collision. C’est probablement en partie parce qu’elle était très éloignée, et en partie parce que l’un des deux détecteurs LIGO était désactivé lorsque l’événement a été détecté et le signal était trop faible pour être détecté par le détecteur Virgo.

Il était donc très difficile de retracer le point d’origine du signal, mais la non détection par le détecteur Virgo a permis à l’équipe internationale d’astronomes de réduire la région d’où le signal devait provenir, une bande couvrant environ 20 % du ciel.

Et même sans données optiques, le  » gazouillis  » du signal de l’onde gravitationnelle peut être décodé pour découvrir la masse, l’orientation et la rotation des objets qui entrent en collision.

Et cela a engendré une surprise de taille. En se basant sur les données du “gazouillis”, l’équipe a découvert que l’une des étoiles à neutrons dans le binaire avait une masse égale à 1,4 fois celle du Soleil, et que l’autre avait une masse égale à environ 2 fois celle du Soleil.

Selon la physicienne théorique Susan Scott de l’Australian National University et du Centre d’excellence de l’ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles :

Nous avons été très surpris par la masse totale de cet ancien système binaire d’étoiles à neutrons, qui est environ 3,4 fois la masse de notre Soleil, car elle dépasse de loin la masse des étoiles binaires à neutrons connues dans notre propre galaxie.

Cela conduit aux intrigantes possibilités que le vieux système binaire que nous avons découvert et qui s’est formé différement de celui observé dans la Voie lactée et que les binaires d’étoiles à neutrons de cette masse pourraient ne pas être détectables par les relevés actuels au télescope.

Les deux étoiles à neutrons impliquées dans GW170817 avaient une masse solaire comprise entre 1,1 et 1,6, ce qui donne un objet d’environ 2,7 fois la masse du Soleil.

Simulation d’une fusion d’un binaire d’étoiles à neutrons compatible avec la source du signal GW190425, détectée par LIGO-Virgo :

Et, bien que nous n’ayons pas détecté beaucoup de fusions d’étoiles à neutrons, les astronomes ont identifié 17 binaires d’étoiles à neutrons existantes dans la Voie lactée, avec lesquelles on peut comparer la masse. Parmi celles-ci, la masse combinée la plus élevée est de 2,9 fois la masse du Soleil.

Cela pourrait aider les astronomes à comprendre comment les étoiles à neutrons binaires se forment. Il y a deux possibilités : que les deux étoiles massives naissent, vivent et meurent ensemble, ou qu’elles se capturent mutuellement plus tard. On ne sait pas exactement laquelle de ces deux possibilités a produit le binaire GW190425, mais la modélisation pourrait révéler davantage d’informations.

L’objet résultant de la collision de GW190425 présente également une perspective intrigante, car il est en plein dans ce qu’on appelle l’écart de masse qui se trouve entre les étoiles à neutrons et les trous noirs.

Les étoiles à neutrons et les trous noirs sont les restes ultras denses d’une étoile morte, mais nous n’avons jamais vu un trou noir plus petit que 5 fois la masse du Soleil, ni une étoile à neutrons plus grande qu’environ 2,5 fois la masse du Soleil.

Nous ne savons pas encore si GW190425 a produit un petit trou noir ou une grosse étoile à neutrons, mais elle – et l’objet produit par GW170817 qui est également encore inconnu, pourrait nous apporter quelques réponses sur cet étrange écart de masse.

L’équipe a présenté ses conclusions à la 235e réunion de l’American Astronomical Society à Hawaii et prépubliée leurs travaux dans Astrophysical Journal Letters (PDF) : GW190425: Observation of a Compact Binary Coalescence with Total Mass. Présentés sur le site de Caltech : LIGO-Virgo Network Catches Another Neutron Star Collision.