0
Suivez-nous
La collision bouleversante d’un trou noir et une étoile à neutrons vient de conduire les astronomes à un type étrange d’interaction orbitale jamais vu auparavant, et cela les oblige à repenser leurs théories.
Avant que les deux objets extrêmement denses ne s’écrasent et ne se combinent, ils se sont d’abord tournés l’un autour de l’autre dans une forme ovale excentrique ressemblant aux tourbillons d’un spirographe, ont rapporté les scientifiques le 11 mars dans The Astrophysical Journal Letters.
L’article continue ci-dessous
« Le fait que ce système soit encore excentrique à la toute fin de sa vie est essentiellement un signal fumant qu’au moins certains binaires étoile à neutrons-trou noir doivent se former différemment (que ce que prédit la théorie) », co-auteur de l’étude. Patricia Schmidtprofesseur agrégé de physique et d’astronomie à l’Université de Birmingham au Royaume-Uni, a déclaré à Live Science dans un e-mail. Ce constat « nous oblige à repenser où et dans quelles conditions ces systèmes apparaissent ».
Les ondulations d’Einstein
En janvier 2020, les scientifiques ont détecté le premier signal convaincant preuve d’un trou noir avalant une étoile à neutrons — le noyau ultradense et effondré d’une étoile autrefois massive — entraînant la création d’un nouveau trou noir ayant environ 13 fois la masse du soleil terrestre.
Bien que l’événement se soit produit à environ un milliard d’années-lumière de la Terre, les chercheurs ont mesuré les propriétés des deux objets à l’aide d’une paire d’ondes gravitationnelles. Ces ondulations dans l’espace-temps sont déclenchées par des collisions cosmiques extrêmes et ont été pour la première fois prédit par la relativité d’Einstein. Les chercheurs ont détecté les deux ondes, arrivées à 10 jours d’intervalle, à l’aide de l’observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) à interféromètre laser de 3 000 kilomètres de long aux États-Unis. La première vague, appelée GW200105, est au centre de la nouvelle étude.
En utilisant un nouveau modèle développé par l’Institut d’astronomie des ondes gravitationnelles de l’Université de Birmingham, ainsi que des données complémentaires du détecteur d’ondes gravitationnelles de l’interféromètre Virgo en Italie, l’équipe a affiné ses mesures de l’ondulation spatio-temporelle et a constaté que certaines hypothèses initiales étaient fausses. Par exemple, les études antérieures sur GW200105 avaient sous-estimé la masse du trou noir tout en surestimant celle de l’étoile à neutrons. Ces valeurs ont maintenant été corrigées.
Plus important encore, des études antérieures supposaient également une orbite parfaitement circulaire pour le système trou noir-étoile à neutrons menant à la collision, comme c’est souvent le cas dans des paires comme celles-ci. La nouvelle recherche exclut cette possibilité avec une certitude de 99 %, remettant également en question les origines du système.
Le cercle est brisé
Les trous noirs et les étoiles à neutrons se forment lorsque des étoiles autrefois puissantes épuisent leur carburant et s’effondrent en restes denses. Dans certaines circonstances, deux restes peuvent tomber sur une orbite binaire partagée qui entraîne lentement les objets vers une collision catastrophique.
« Canoniquement, on pense que les binaires étoile à neutrons-trou noir se forment à partir de paires d’étoiles massives isolées qui évoluent ensemble jusqu’à ce que l’une devienne un trou noir et l’autre une étoile à neutrons », a déclaré Schmidt à Live Science. « Cependant, cette voie de formation prédit qu’au moment où les objets seront suffisamment proches pour que LIGO et Virgo puissent les détecter, leur orbite devrait être presque parfaitement circulaire. Une orbite excentrique avec de si petites séparations est donc très difficile à concilier avec ce scénario standard. »
Pour brosser un tableau plus clair de l’orbite du système condamné, la nouvelle analyse a examiné deux propriétés sous-explorées : l’excentricité (à quel point l’orbite du système était ovale, comme le orbite elliptique de la lune autour de la Terre) et la précession (comment l’axe de rotation d’un objet change ou vacille avec le temps). C’était la première fois que des scientifiques analysaient les deux propriétés en même temps lors de la fusion d’un trou noir et d’une étoile à neutrons, selon les chercheurs.
L’équipe a découvert que l’orbite du système était très excentrique (de forme ovale), mais il n’y avait aucune preuve irréfutable de précession. Selon l’équipe, cela signifie que l’orbite étrangement ovoïde du système n’a rien à voir avec les changements de son axe de rotation. Au contraire, il a très probablement été imprimé sur le système bien avant sa mort – probablement en raison de l’attraction gravitationnelle d’autres objets dans son environnement.
« L’orbite trahit le jeu », co-auteur de l’étude Geraint Prattenchercheur de la Royal Society University à l’Université de Birmingham, a déclaré dans un communiqué déclaration. « Sa forme elliptique juste avant la fusion montre que ce système n’a pas évolué tranquillement de manière isolée, mais a presque certainement été façonné par des interactions gravitationnelles avec d’autres étoiles, ou peut-être avec un troisième compagnon. »
Une « nouvelle fenêtre » sur l’univers
Cette preuve d’une orbite de forme ovale est une première parmi les systèmes trou noir-étoile à neutrons.
Bien que le mécanisme exact qui sous-tend ce phénomène reste un mystère, sa simple existence prouve qu’il n’existe pas d’explication unique sur la façon dont ces systèmes se forment et révèle une lacune récemment ouverte dans notre compréhension de ces objets extrêmes.
Pour réduire cet écart, il faudra de nouveaux modèles basés sur des signaux d’ondes gravitationnelles plus inhabituels provenant de tout l’univers. La détection de ces faibles signaux peut nécessiter de nouvelles technologies, comme le prochain détecteur d’antenne spatiale à interféromètre laser (LISA) basé dans l’espaceactuellement en construction.
« Les futurs détecteurs d’ondes gravitationnelles, tant au sol que dans l’espace, ouvriront une toute nouvelle fenêtre sur l’univers », a conclu Schmidt. « Ils seront beaucoup plus sensibles que les instruments actuels, nous permettant de détecter des sources plus faibles et plus lointaines, et même des types complètement nouveaux de signaux d’ondes gravitationnelles qui sont hors de notre portée aujourd’hui. »
