Trou noir VS étoile à neutrons : la rencontre observée grâce aux ondes gravitationnelles

Eric Bottlaender
Spécialiste espace
03 juillet 2021 à 20h02
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Fusion Trou noir étoile à neutrons © Carl Knox, OzGrav / Swinburne University
Vue très artistique de la fusion entre un trou noir et une étoile à neutrons. © Carl Knox, OzGrav/Swinburne University

Dans un article publié ce 1er juillet, les membres des observatoires LIGO, Virgo et KAGRA expliquent avoir détecté pour la première fois deux exemples de trous noirs fusionnant avec des étoiles à neutrons.

Cela ouvre la porte à de meilleures identifications des ondes gravitationnelles à l'avenir.

Et ça tourne, et ça tourne, et…

Voici deux détections qui font beaucoup parler d'elles. Ces deux événements, GW200105 et GW200115, enregistrés au cours de l'hiver 2019-2020 par l'observatoire LIGO, ont été révélé à dix jours d'écart par des ondes gravitationnelles.

L'étude de ces mesures, qui regroupe plus d'une centaine de co-auteurs, a donné lieu à un article dans les Astrophysical Journal Letters, publié ce 1er juillet. Il faut savoir que ces fusions, au cours desquelles un trou noir « engloutit » un objet stellaire, ont très probablement fait intervenir des étoiles à neutrons. Les masses impliquées sont relativement faibles pour ce type d'événements : 10 fois notre Soleil (qui sert de référence) pour les trous noirs, et entre 1,5 et 2 masses solaires pour les étoiles… Pile dans la cible pour le type de collision attendu.

Rencontres extrêmes

Seul point noir au tableau, si cette fusion a été détectée grâce aux ondes gravitationnelles, ces dernières ont traversé l'univers avant ! Les deux événements extrêmes ont eu lieu à environ 900 millions d'années-lumière d'ici… Ainsi, avec la taille des éléments impliqués, ils n'ont pas pu être détectés avec d'autres instruments (pas de « flashs »). Une part importante des recherches effectuées depuis la détection implique les scénarios de formation de ces « duos » qui orbitent l'un autour de l'autre avant que le trou noir ne finisse par gober son étoile compagnon.

La rotation des trous noirs intrigue les chercheurs, celle de GW200115 étant très inclinée par rapport à l'orbite de l'étoile à neutrons qui l'accompagnait. Il se pourrait alors que ladite étoile ait été capturée après la formation du trou noir. En général, ce n'est pas le cas : une étoile s'effondre sur elle-même alors qu'elle a déjà un compagnon.

Cependant, il n'y a aucun moyen d'en être sûr, selon Chase Kimball, co-auteur : « Les objets qui se rencontrent tard peuvent être orientés dans des directions différentes, mais une étoile peut aussi "renverser" son compagnon lors d'un événement extrême comme son effondrement, ou même un énorme jet de gaz. »

Plus d'observations pour mieux comprendre la danse finale

Ce qui est intéressant avec ces détections, c'est que plus il y en aura (et les scientifiques comptent dessus dans les années à venir), plus les équipes seront capables d'identifier rapidement le type de fusions qu'ils observent et de les classer.

Trois « types » sont considérés comme les plus courants aujourd'hui via les ondes gravitationnelles : les doubles étoiles à neutrons, les doubles trous noirs et les binaires trous noirs avec étoile à neutrons. De cette façon, les scientifiques espèrent être prochainement capables de mieux comprendre les processus de formation. Les chercheurs de l'observatoire KAGRA au Japon estiment de façon préliminaire que près d'un tiers des collisions entre trous noirs sont issues de rencontres « tardives » après leur formation.

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