Les premiers rapports indiquent que nous avons peut-être détecté une collision entre un trou noir et une étoile à neutrons

Il semble que nous ayons remporté une nouvelle victoire pour l’astronomie des ondes gravitationnelles. Une nouvelle détection d’ondes gravitationnelles est le meilleur candidat à ce jour pour un type de collision cosmique jamais observé – la fusion insaisissable entre un trou noir et une étoile à neutrons.

L’événement, appelé S190814bv, a été détecté par les interféromètres LIGO et Virgo à 11 minutes après 21 heures UTC le 14 août. D’après les premières analyses, il y a 99 % de chances qu’il s’agisse d’une explosion d’étoile à neutrons et de trou noir.

Au moment même où vous lisez ces lignes, les scientifiques examinent les données et regardent fixement le ciel, à la recherche de la lumière qui pourrait avoir été laissée par l’étoile à neutrons lorsqu’elle a été absorbée par le trou noir.

“C’est comme la nuit avant Noël”, a déclaré à ScienceAlert l’astronome Ryan Foley, de l’université de Californie à Santa Cruz. “J’attends juste de voir ce qu’il y a sous le sapin”

Depuis que cette étonnante première détection d’ondes gravitationnelles – une collision entre deux trous noirs de masse stellaire – a été annoncée en février 2016, le domaine n’a fait que se renforcer. La technologie est si sophistiquée qu’elle peut détecter les collisions entre deux étoiles à neutrons – des objets beaucoup moins massifs que les trous noirs.

Les étoiles à neutrons et les trous noirs sont tous deux les restes ultradenses d’une étoile morte, mais nous n’avons jamais vu un trou noir plus petit que 5 fois la masse du Soleil, ou une étoile à neutrons plus grande qu’environ 2,5 fois la masse du Soleil.

Mais une collision entre un trou noir et une étoile à neutrons nous a échappé. Une détection semblait pouvoir correspondre à un tel événement, au début de cette année, mais la probabilité n’était que de 13 %. Et le rapport signal/bruit était si faible que les astronomes n’ont pas donné suite.

Ce n’est pas le cas avec S190814bv. Le signal est vraiment fort, et les astronomes sont enthousiastes. S’il s’agit vraiment d’une collision entre une étoile à neutrons et un trou noir, ce sera la première fois qu’un tel système binaire sera observé.

Cela signifierait que de tels systèmes binaires, hypothétiques jusqu’à présent, sont effectivement possibles. Nous pourrions même obtenir des indices sur leur formation : se sont-ils formés en tant que binaires, vivant, grandissant et mourant ensemble ? Ou le trou noir a-t-il capturé une étoile à neutrons de passage dans son orbite ?

Croyez-le ou non, nous pouvons le savoir grâce au signal des ondes gravitationnelles – des ondulations dans l’espace-temps causées par une collision massive, comme une pierre tombée dans un étang – si elles sont suffisamment fortes. Les indices de la formation du binaire sont encodés dans la forme de l’onde, ainsi que les masses des objets individuels, leur vitesse et leur accélération.

“À partir du signal des ondes gravitationnelles, on peut obtenir des informations sur les spins des objets individuels et leur orientation par rapport à l’axe de l’orbite”, a déclaré à ScienceAlert le physicien Peter Veitch de l’université d’Adélaïde en Australie et d’OzGrav (la branche australienne de la collaboration scientifique LIGO).

“Nous cherchons à voir si les rotations des objets individuels sont alignées les unes avec les autres, ce qui pourrait suggérer qu’ils étaient initialement dans un système binaire. Alors que si un objet compact a été capturé par un autre lors de la fusion des galaxies, par exemple, on pourrait s’attendre à ce que ces objets aient des spins différents pointant dans des directions différentes.”

Foley et ses collègues utilisent actuellement l’observatoire Keck pour étudier une galaxie située à environ 900 millions d’années-lumière. C’est là qu’ils pensent que le signal pourrait provenir. Ils recherchent le rayonnement électromagnétique qui pourrait résulter de la collision impliquant une étoile à neutrons.

Et, bien sûr, il y a la question brûlante : à quoi ressemblent les entrailles d’une étoile à neutrons ?

“Nous aimerions beaucoup observer un trou noir qui déchire une étoile à neutrons au moment où ils se rencontrent”, explique la physicienne théoricienne Susan Scott, de l’Université nationale australienne et d’OzGrav.

“Cela nous donnerait des informations essentielles sur le matériau qui compose les étoiles les plus denses de l’Univers – les étoiles à neutrons – ce qui reste une très grande question ouverte dans le domaine.”

Si aucun rayonnement électromagnétique n’est détecté, cela pourrait signifier que les astronomes regardent simplement au mauvais endroit. Cela pourrait aussi signifier que le rayonnement électromagnétique est trop faible pour être détecté.

Cela pourrait également signifier qu’il ne s’agit pas d’une étoile à neutrons, ce qui serait très intéressant, car le signal suggère que le petit objet a une masse inférieure à trois fois celle du Soleil. S’il ne s’agit pas d’une étoile à neutrons, il pourrait s’agir du plus petit trou noir jamais détecté.

Cela pourrait également signifier que la dynamique entre une étoile à neutrons et un trou noir, lorsqu’ils se rapprochent pour former un trou noir légèrement plus grand, est encore plus étrange que nous ne le pensions.

“Ma façon préférée d’y penser (pour le moment) est que si un trou noir est beaucoup plus massif qu’une étoile à neutrons, alors lorsqu’ils fusionnent, l’étoile à neutrons sera déchirée à l’intérieur de l’horizon des événements du trou noir ! Dans ce cas, même si une grande quantité de lumière est produite, aucune ne s’échappera du trou noir pour que nous puissions la voir”, a déclaré M. Foley à ScienceAlert.

“C’est à peu près aussi proche de la science-fiction que possible”