Les astronomes viennent de détecter une deuxième collision épique d’étoiles à neutrons

Nos magnifiques astronomes spécialisés dans les ondes gravitationnelles ont encore réussi, ajoutant à la collection de détection une nouvelle collision entre deux étoiles à neutrons. Le 25 avril 2019, l’interféromètre LIGO a détecté deux étoiles à neutrons situées à environ 520 millions d’années-lumière qui se sont rapprochées et ont fusionné en un seul objet.

On l’appelle GW190425, et bien qu’il ne s’agisse que de la deuxième collision de ce type jamais observée par les astronomes, elle élargit déjà notre compréhension de ces colossales collisions cosmiques.

“La source de GW190425 représente un type de système astrophysique jusqu’alors non détecté”, écrivent les chercheurs dans leur article, soumis à la revue The Astrophysical Journal Letters et pas encore examiné par les pairs.

Le premier événement de collision binaire d’étoiles à neutrons a été détecté en août 2017, et il a fourni une glorieuse abondance de données à travers une gamme de supports d’observation – ce qu’on appelle l’astronomie multi-messagers.

Maintenant, cette nouvelle détection l’a confirmé.

“Nous avons détecté un deuxième événement cohérent avec un système binaire d’étoiles à neutrons 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”, a déclaré le physicien et porte-parole de Virgo Jo van den Brand de l’Université de Maastricht aux Pays-Bas.

Il y a quelques 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. Cela s’explique probablement en partie par le fait que l’étoile était très éloignée et en partie par le fait que l’un des deux détecteurs LIGO était hors service lorsque l’événement a été détecté, et que 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 Virgo a permis à l’équipe internationale d’astronomes de circonscrire la région d’où le signal a dû provenir – une bande couvrant environ 20 % du ciel.

Et même sans données optiques, le “chirp” du signal des ondes gravitationnelles peut être décodé pour découvrir la masse, l’orientation et le spin des objets entrés en collision.

Et cela contenait une surprise de taille. Sur la base des données de chirp, l’équipe a découvert que l’une des étoiles à neutrons de la binaire avait une masse 1,4 fois supérieure à celle du Soleil, et que l’autre avait une masse environ 2 fois supérieure à celle du Soleil.

“Nous avons été très surpris par la masse totale de cet ancien système binaire d’étoiles à neutrons, qui représente environ 3,4 fois la masse de notre Soleil, car elle dépasse de loin la masse des binaires d’étoiles à neutrons connues dans notre propre galaxie”, a déclaré la physicienne théoricienne Susan Scott de l’Australian National University et du Centre d’excellence ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles.

“Cela conduit aux possibilités intrigantes que l’ancien système binaire que nous avons découvert s’est formé de manière differente de ceux observés dans la Voie lactée et que les binaires d’étoiles à neutrons aussi massives pourraient ne pas être détectables par les enquêtes actuelles des télescopes.”

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

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 pour 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 se forment les étoiles à neutrons binaires. Il existe deux possibilités : que les deux étoiles massives naissent, vivent et meurent ensemble, ou qu’elles se capturent mutuellement en orbite plus tard dans leur vie. On ne sait pas exactement laquelle de ces possibilités a produit l’étoile binaire GW190425, mais la modélisation pourrait révéler plus d’informations.

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

Les étoiles à neutrons et les trous noirs sont les restes ultradenses d’une étoile morte, mais nous n’avons jamais vu de trou noir d’une masse inférieure à 5 fois celle du Soleil, ni d’étoile à neutrons d’une masse supérieure à environ 2,5 fois celle du Soleil.

Nous ne savons pas encore si GW190425 a donné naissance à un petit trou noir ou à une grosse étoile à neutrons, mais cet objet – ainsi que celui produit par GW170817, qui est également encore inconnu – pourrait révéler certaines réponses sur cet étrange écart de masse.

L’équipe a présenté ses conclusions lors de la 235e réunion de l’American Astronomical Society à Hawaï.