ESO/L. Calçada/M. kornmesser Pour la première fois, des scientifiques du monde entier ont réussi à photographier une collision entre deux étoiles à neutrons, à 130 millions d'années-lumière. L'événement est nommé GW170817.
Et tout cela grâce à onde gravitationnelle l'astronomie, qui a identifié l'événement et alerté les observatoires sur où regarder. Ajoutez donc à cette liste de premières les premières observations simultanées d'ondes optiques et gravitationnelles d'un même événement.
Pouvons-nous faire la fête ? Faisons une fête.
Sérieusement, cependant, c'est incroyable. Jamais auparavant nous n'avons été en mesure de déterminer où ondes gravitationnelles proviennent ou observent l'événement qui les a provoqués. Et ce n'est que la cinquième détection gravitationnelle jamais réalisée.
Les quatre détections précédentes provenaient de collisions (ou de fusions) entre binaires trous noirs , réunis pour former un grand trou noir . Il y avait deux raisons principales pour lesquelles nous ne pouvions pas les voir.
La première était que, jusqu'au début de cette année, nous n'avions que deux détecteurs – les interféromètres de LIGO à Livingston, en Louisiane et à Hanford, dans l'État de Washington. Cela signifiait que les trois premiers événements ne pouvaient être localisés que sur une très large zone de ciel.
L'ajout d'un troisième détecteur, l'interféromètre de Virgo en Italie, a amélioré la précision de la localisation d'un facteur d'environ 10, lors de l'annonce de laquatrième événement d'onde gravitationnelle il y a quelques semaines à peine.
La seconde était que les trous noirs, de par leur nature même, sont invisibles. Ils absorbent toute la lumière - nous ne pouvons déduire leur existence qu'en fonction des changements dans l'espace qui les entoure. Les étoiles à neutrons, en revanche, sont très visibles, de sorte qu'une collision entre elles était un événement très attendu.
Pour effectuer ce nouvel ensemble d'observations, environ 70 observatoires au sol et spatiaux ont rejoint LIGO et Virgo pour examiner une petite zone du ciel dans la constellation d'Hydra, juste à côté de la galaxie lenticulaire NGC 4993.
Le premier détecteur a explosé le 17 août à 8 h 41 HAE.
Puis, environ 1,7 seconde plus tard, deux observatoires spatiaux, le Fermi Gamma-ray Space Telescope de la NASA et le INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory de l'ESA, ont capté une intense sursaut gamma – les événements les plus brillants et les plus énergétiques de l'univers – de la même zone du ciel.
Le 'chirp' était également différent. Ce sont les ondes converties en données audio, et pour les collisions de trous noirs, elles ne durent que quelques fractions de seconde . Dans GW170817, le le gazouillis a duré environ 100 secondes .
Ce n'était pas une coïncidence, et les astronomes du monde entier se sont précipités pour pointer leurs télescopes vers Hydra.
'Il nous est immédiatement apparu que la source était probablement des étoiles à neutrons, l'autre source convoitée que nous espérions voir – et promettant le monde que nous verrions', a déclaré le porte-parole de LIGO, David Shoemaker.
Les étoiles à neutrons sont l'une des choses qui peuvent arriver à la fin du cycle de vie d'une étoile supermassive.
Le noyau s'effondre, comprimant les protons et les électrons en neutrons et neutrinos . Les neutrinos s'échappent, mais les neutrons sont incroyablement denses dans un noyau d'à peine 10 à 20 kilomètres (6-12 miles) de diamètre.
Si ce noyau est inférieur à environ trois masses stellaires, la pression de cette densité supporte la étoile à neutrons . Si le noyau est plus gros, il s'effondre dans un trou noir.
Les deux étoiles à neutrons impliquées dans GW170817 avaient entre environ 1,1 et 1,6 masse stellaire, et elles tournaient l'une autour de l'autre dans une spirale rétrécie à une distance d'environ 300 kilomètres, déformant l'espace-temps autour d'elles à mesure qu'elles prenaient de la vitesse et envoyant des ondulations à travers l'univers.
Pour la distance à laquelle nous les observons, la collision finale était extrêmement brillante, émettant une intense 'boule de feu' de rayons gamma. Vous pouvez le voir dans la vidéo ci-dessous. Regarde ça. La grande tache lumineuse au centre est la galaxie NGC 4993. Juste au-dessus et à gauche, vous pouvez voir GW170817.
N'est-ce pas absolument incroyable ? C'est une collision entre deux étoiles à neutrons pas beaucoup plus grandes que le soleil, à 130 millions d'années-lumière, et vous la voyez de vos propres yeux.
Mais ça va encore mieux. Vous souvenez-vous que nous avons mentionné un sursaut gamma ?
'Pour décennies nous avons soupçonné que de courtes sursauts gamma étaient alimentés par des fusions d'étoiles à neutrons », a déclaré Julie McEnery, scientifique du projet Fermi, du Goddard Space Flight Center de la NASA.
« Maintenant, avec les données incroyables de LIGO et Virgo pour cet événement, nous avons la réponse. Les ondes gravitationnelles nous disent que les objets fusionnés avaient des masses compatibles avec les étoiles à neutrons, et le flash de rayons gamma nous dit que les objets ne sont probablement pas des trous noirs, car une collision de trous noirs ne devrait pas émettre de lumière.
Et ils ont aussi, une fois de plus, donné raison à Einstein.
'Cela a démontré que la vitesse des ondes gravitationnelles était la même que celle de la lumière à seulement quelques parties sur 10 000 billions - vérifiant une prédiction centrale d'Einstein datant de 1915', a déclaré Andrew Melatos de l'Université de Melbourne.
Dans les semaines et les mois à venir, les observatoires continueront à prendre des observations de la collision pour en savoir plus sur la kilonova. C'est à ce moment que le matériau qui reste de la collision, toujours brillant, continue d'être soufflé dans l'espace.
Des observatoires et des institutions du monde entier publieront également des articles sur cet événement. Il y a tellement d'aspects à explorer.
'De l'information de modèles détaillés sur le fonctionnement interne des étoiles à neutrons et les émissions qu'elles produisent, à une physique plus fondamentale telle que relativité générale , cet événement est tellement riche », a déclaré Shoemaker.
'C'est un cadeau qui continuera à donner.'
Découvrez-en plus dans la vidéo Veritasium ci-dessous :
Les résultats de LIGO-Virgo ont été publiés dans la revue Lettres d'examen physique .