Etoile à neutrons ou trou noir ? Les ondes gravitationnelles révèlent un objet inhabituel

Eric Bottlaender
Spécialiste espace
02 juillet 2020 à 14h15
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ondes gravitationnelles fusion trou noir © N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration
Vue d'artiste de la fusion des deux corps et de leur émission d'ondes gravitationnelles. N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

La détection de nouvelles ondes gravitationnelles et leur étude montrent un trou noir engloutissant un objet d'environ 2,6 masses solaires. Une valeur inédite qui ne correspond ni aux étoiles à neutrons, ni aux trous noirs détectés jusqu'ici.

C'est ce qu'on appelle un « fossé » dans les mesures.

Duel de masses

Il y a environ 780 millions d'années, un trou noir d'environ 23 masses solaires a absorbé un objet beaucoup plus petit d'environ 2,6 masses solaires, dans un ballet si massif qu'il a généré des ondes gravitationnelles, ces vagues de l'espace-temps que nous pouvons observer grâce aux prodigieux laboratoires LIGO et VIRGO.

Une nouvelle publication dans les Astrophysical Journal Letters décrit cette découverte, mais pose beaucoup de questions. D'abord, il s'agit d'un ratio inhabituel : la différence de masse entre les deux objets est très importante. Tant et si bien que si l'orbite du plus petit des deux avait été différente, le trou noir aurait pu l'absorber ou le « gober » sans générer de vague gravitationnelle détectable.

Trou noir contre trou noir

Surtout, la nature de l'objet d'environ 2,6 masses solaires fait débat. Théoriquement, il est possible d'avoir des trous noirs stellaires aussi légers. Et des étoiles à neutrons aussi lourdes. Sauf qu'en réalité, on n'en avait jamais mesuré, ou presque, en tout cas pas dans ces circonstances : l'extrême majorité des étoiles à neutrons est estimée en dessous des 2 masses solaires, et les trous noirs stellaires démarrent en général à 5 masses solaires.

C'est ce qu'on appelle un fossé observationnel (il en existe un autre à partir de 45 masses solaires). Selon les auteurs de l'article scientifique, les indices pointent pourtant vers un « petit » trou noir… Même s'il faudrait de plus amples observations pour l'affirmer avec certitude (les ondes gravitationnelles ont leur limite).

Reconstruire le passé juste par la gravitation

Enfin, le tableau ne serait pas complet sans évoquer la rotation des deux corps, qui rend cette observation un peu plus inédite encore. En analysant le passage des ondes gravitationnelles, il est effectivement possible de remonter à la rotation des différents corps sur eux-mêmes.

Sauf que… Si le plus petit des deux corps, GW190814, tourne, celui de 23 masses solaires est quasiment immobile. Ceci est non seulement inédit, mais indique aussi avec une grande probabilité que le corps est issu de l'effondrement d'une seule étoile massive sur elle-même. Voilà qui ne « colle » pas trop avec la présence d'une plus petite étoile qui se serait elle aussi effondrée en trou noir.

Les équipes tenteront à l'avenir de bâtir un scénario dans lequel ces deux corps ont pu se retrouver ensemble avant de fusionner dans un spectacle lent qui a pu parvenir jusqu'à nous…

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