La coalescence et la fusion d’un trou noir de faible masse (surface gris foncé) avec une étoile à neutrons dont les couleurs vont du bleu foncé (60 grammes par centimètre cube) au blanc (600 kilogrammes par centimètre cube) met en évidence les fortes déformations du trou noir. trou. -Matériau à densité d’étoiles à neutrons. Crédits : I. Markin (Université de Potsdam), T. Dietrich (Université de Potsdam et Institut Max Planck de physique gravitationnelle), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Institut Max Planck de physique gravitationnelle).
Les scientifiques ont détecté une onde gravitationnelle provenant d’une collision entre un étoile à neutrons et un potentiel trou noir dans l’écart de masse, ce qui suggère que de tels événements cosmiques pourraient être plus fréquents que prévu.
Des chercheurs de Université de PortsmouthL’Institut de cosmologie et de gravitation (ICG) a contribué à détecter un signal d’onde gravitationnelle remarquable, qui pourrait détenir la clé pour résoudre un mystère cosmique.
Cette découverte fait partie de la dernière série de résultats annoncés le 5 avril par le LIGO-Collaboration Virgin-KAGRA, qui comprend plus de 1 600 scientifiques du monde entier, dont des membres de l’ICG, qui cherche à détecter ondes gravitationnelles et utilisez-les pour explorer les principes fondamentaux de la science.
En mai 2023, peu après le début de la quatrième campagne d’observation LIGO-Virgo-KAGRA, le détecteur LIGO Livingston en Louisiane, aux États-Unis, a observé un signal d’onde gravitationnelle provenant de la collision de ce qui est très probablement une étoile à neutrons avec un objet compact qui est 2,5 à 4,5 fois la masse de notre Soleil.
Dévoilement de phénomènes cosmiques
Les étoiles à neutrons et les trous noirs sont tous deux des objets compacts, vestiges denses d’explosions stellaires massives. Ce qui rend ce signal, appelé GW230529, intrigant, c’est la masse de l’objet le plus lourd. Cela réside dans un éventuel écart de masse entre les étoiles à neutrons connues les plus lourdes et les trous noirs les plus légers. Le signal des ondes gravitationnelles ne peut à lui seul révéler la nature de cet objet. De futures détections d’événements similaires, notamment ceux accompagnés de sursauts de rayonnement électromagnétique, pourraient contribuer à résoudre ce problème.
“Cette détection, le premier de nos résultats passionnants de la quatrième série d’observations LIGO-Virgo-KAGRA, révèle qu’il pourrait y avoir un taux plus élevé de collisions similaires entre les étoiles à neutrons et les trous noirs de faible masse que nous ne le pensions auparavant. », explique le Dr Jess. McIver, professeur adjoint à l’Université de la Colombie-Britannique et porte-parole adjoint de la collaboration scientifique LIGO.
Comme cet événement n’a été observé que par un seul détecteur d’ondes gravitationnelles, il devient plus difficile d’évaluer s’il est réel ou non.
Cette image montre la fusion d’un trou noir à faible écart de masse (surface gris foncé) avec une étoile à neutrons dont les couleurs vont de l’orange foncé (1 million de tonnes par centimètre cube) au blanc (600 millions de tonnes par centimètre cube). Le signal d’onde gravitationnelle est représenté par un ensemble de valeurs d’amplitude de déformation de polarisation positive utilisant des couleurs allant du bleu foncé au cyan. Crédits : I. Markin (Université de Potsdam), T. Dietrich (Université de Potsdam et Institut Max Planck de physique gravitationnelle), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Institut Max Planck de physique gravitationnelle).
Avancées dans les techniques de détection
Le Dr Gareth Cabourn Davies, ingénieur logiciel de recherche à l’ICG, a développé les outils utilisés pour rechercher des événements dans un seul détecteur. Il a déclaré : « Corroborer les événements en les observant dans plusieurs détecteurs est l’un de nos outils les plus puissants pour séparer les signaux du bruit. En utilisant des modèles appropriés du bruit de fond, nous pouvons juger un événement même lorsque nous ne disposons pas d’un autre détecteur pour sauvegarder ce que nous avons vu.
Avant la détection des ondes gravitationnelles en 2015, les masses des trous noirs de masse stellaire étaient principalement découvertes à l’aide d’observations aux rayons X, tandis que les masses des étoiles à neutrons étaient découvertes à l’aide d’observations radio. Les mesures résultantes se répartissaient en deux plages distinctes avec un écart entre elles d’environ 2 à 5 fois la masse de notre Soleil. Au fil des années, un petit nombre de mesures ont empiété sur l’écart de masse, qui reste très controversé parmi les astrophysiciens.
Implications des découvertes récentes
L’analyse du signal GW230529 montre qu’il est issu de la fusion de deux objets compacts, l’un ayant une masse comprise entre 1,2 et 2,0 fois celle de notre Soleil et l’autre un peu plus de deux fois plus massive.
Bien que le signal des ondes gravitationnelles ne fournisse pas suffisamment d’informations pour déterminer avec certitude si ces objets compacts sont des étoiles à neutrons ou des trous noirs, il semble probable que l’objet le plus léger soit une étoile à neutrons et l’objet le plus lourd un trou noir. Les scientifiques de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA sont convaincus que l’objet le plus lourd se trouve dans l’écart de masse.
Les observations des ondes gravitationnelles ont désormais permis de fournir près de 200 mesures de masses d’objets compacts. Parmi celles-ci, une seule autre fusion pourrait avoir impliqué un objet compact à écart de masse – le signal GW190814 provenait de la fusion d’un trou noir avec un objet compact dépassant la masse des étoiles à neutrons les plus lourdes connues et se trouvant peut-être dans l’écart de masse.
“Alors que des preuves antérieures de l’existence d’objets à écart de masse ont été rapportées dans les ondes gravitationnelles et électromagnétiques, ce système est particulièrement intéressant car il s’agit de la première détection par ondes gravitationnelles d’un objet à écart de masse associé à une étoile à neutrons”, explique le Dr. Sylvia Biscoveanu. Depuis Université du nord-ouest. « L’observation de ce système a des implications importantes à la fois pour les théories de l’évolution binaire et pour leurs homologues électromagnétiques des fusions d’objets compacts. »
Observations actuelles et futures
La quatrième période d’observation devrait durer 20 mois, dont quelques mois de pause pour effectuer la maintenance des détecteurs et apporter un certain nombre d’améliorations nécessaires. Au 16 janvier 2024, date à laquelle la pause actuelle a commencé, un total de 81 signaux candidats significatifs avaient été identifiés. GW230529 est le premier d’entre eux à être publié après une enquête détaillée.
La quatrième campagne d’observation reprendra le 10 avril 2024 avec la collaboration des détecteurs LIGO Hanford, LIGO Livingston et Virgo. L’analyse se poursuivra jusqu’en février 2025 sans aucune autre interruption d’observation prévue.
Alors que l’observation se poursuit, les chercheurs de LIGO-Virgo-KAGRA analysent les données de la première moitié de l’analyse et vérifient les 80 signaux candidats significatifs restants déjà identifiés. D’ici la fin de la quatrième campagne d’observation, en février 2025, le nombre total de signaux d’ondes gravitationnelles observés devrait dépasser les 200.
