Source : Trust My Science

Des chercheurs rapportent pour la première fois les preuves d’une fusion entre un trou noir et une étoile à neutrons, qui s’est déroulée au mois de janvier 2020. Ce phénomène cosmique rare a même été détecté deux fois de suite, à quelques jours d’intervalle seulement. Les deux événements ont généré des ondes gravitationnelles sur au moins 900 millions d’années-lumière, jusqu’à la Terre ; dans chaque cas, l’étoile à neutrons a été complètement absorbée par le trou noir.

Les ondes gravitationnelles générées par les deux collisions ont été détectées grâce au Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) de la National Science Foundation, aux États-Unis, et par le détecteur Virgo situé en Italie. La première fusion (baptisée GW200105), détectée le 5 janvier 2020, impliquait un trou noir d’environ 9 masses solaires et une étoile à neutrons de 1,9 masse solaire ; le second événement (GW200115) a été détecté le 15 janvier et impliquait un trou noir de près de 6 masses solaires et une étoile à neutrons de 1,5 masse solaire.

Les ondes gravitationnelles — observées pour la première fois en 2015 par le LIGO — sont des oscillations de la courbure de l’espace-temps, générées par des objets massifs en mouvement. Depuis que leur existence est avérée, les chercheurs ont repéré grâce à ces ondes des dizaines de fusions de deux trous noirs et de deux étoiles à neutrons. La coalescence d’un trou noir et d’une étoile à neutrons n’avait en revanche jamais été observée jusqu’à présent.

Deux fusions à dix jours d’intervalle

Le premier des deux événements, GW200105, a produit un signal particulièrement fort dans le détecteur de Livingston du LIGO (celui de Hanford était temporairement inactif), mais affichait un faible rapport signal/bruit dans le détecteur Virgo. « Même si nous voyons un signal fort dans un seul détecteur, nous concluons qu’il est réel […] Il passe tous nos contrôles de qualité rigoureux », explique Harald Pfeiffer, chef de groupe du département de relativité astrophysique et cosmologique de l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle (AEI) à Potsdam, en Allemagne.

Cette fusion a eu lieu à 900 millions d’années-lumière, mais parce que le signal n’était fort que dans un seul détecteur, l’emplacement exact de cette rencontre reste incertain, se situant quelque part dans une zone d’environ 34 000 fois la taille d’une pleine lune. L’équipe a néanmoins déduit que le signal était causé par un trou noir entrant en collision avec un objet compact de 1,9 masse solaire environ — qui sera identifié plus tard comme étant une étoile à neutrons, avec quasi certitude : « Bien que les ondes gravitationnelles ne révèlent pas à elles seules la structure de l’objet plus léger, nous pouvons en déduire sa masse maximale. En combinant ces informations avec les prédictions théoriques des masses d’étoiles à neutrons attendues dans un tel système binaire, nous concluons qu’une étoile à neutrons est l’explication la plus probable », explique Bhooshan Gadre, chercheur postdoctoral à l’AEI.

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