Vue d'artiste d'un événement de fusion étoile à neutrons-trou noir. (Carl Knox/OzGrav/Université de Swinburne) Pour la première fois, des scientifiques ont confirmé sans ambiguïté la collision d'un trou noir et un étoile à neutrons : Le moment fatidique où deux objets extrêmes se rencontrent dans un événement si immensément puissant, ses ondulations à travers le cosmos peuvent encore être discernées un milliard d'années plus tard.
Étonnamment, cette découverte astronomique a maintenant été faite non pas une, mais deux fois, comme le rapporte une collaboration internationale de milliers de scientifiques.
Dans un nouvelle étude confirmant cette première observation mondiale, les chercheurs détaillent la détection de ondes gravitationnelles résultant de deux fusions séparées et distinctes d'étoiles à neutrons et de trous noirs - chacune enregistrée par des astronomes à seulement 10 jours d'intervalle en janvier 2020.
'C'est une étape importante pour le domaine naissant de l'astronomie des ondes gravitationnelles', dit l'astrophysicien Rory Smith du Centre d'excellence de l'ARC pour Onde gravitationnelle Découverte (OzGrav) à l'Université Monash.
'Les étoiles à neutrons fusionnent avec trous noirs font partie des phénomènes les plus extrêmes de l'Univers. L'observation de ces collisions ouvre de nouvelles voies pour en savoir plus sur la physique fondamentale, ainsi que sur la façon dont les étoiles naissent, vivent et meurent.
Vue d'artiste des ondes gravitationnelles générées par un binaire étoile à neutrons-trou noir. (Mark Myers/OzGrav/Université de Swinburne)
La découverte quasi simultanée des deux événements - appelés GW200105 et GW200115 - témoigne de la vitesse à laquelle le domaine de la science des ondes gravitationnelles évolue.
En seulement une demi-décennie depuis lapremière découverte confirmée d'ondes gravitationnelles, les chercheurs ont maintenant détecté ces ondesde dizaines d'événements– au total, environ 50 cas individuels de trous noirs entrant en collision avec d'autres trous noirs, ou d'étoiles à neutrons entrant en collision avec d'autres étoiles à neutrons.
Mais jusqu'à présent, une collision 'mixte' représentant la fusion d'une étoile à neutrons avec un trou noir - appelée binaire NSBH - n'avait jamais été confirmée, bien que les scientifiques aientsignaux précédemment captésqui étaient potentiellementévocateur d'une telle collision étoile à neutrons-trou noir.
Maintenant, cependant, la découverte est sans ambiguïté.
«En janvier 2020, le réseau de détecteurs LIGO-Virgo a observé des signaux d'ondes gravitationnelles provenant de deux inspirations binaires compactes qui sont compatibles avec les binaires étoile à neutrons-trou noir», ont déclaré des chercheurs des collaborations internationales LIGO, Virgo et Kagra. expliquer dans la nouvelle étude .
'Il s'agit des premières observations fiables à ce jour des binaires NSBH par n'importe quel moyen d'observation.'
Le premier événement, GW200105, a été détecté le 5 janvier 2020, impliquant un trou noir (avec environ neuf fois la masse du Soleil, soit 8,9 masses solaires) entrant en collision avec une étoile à neutrons de 1,9 masse solaire.
Cette collision a eu lieu il y a environ 900 millions d'années, même si nous venons tout juste de détecter les ondes gravitationnelles provenant de la fusion des deux objets.
GW200115, détecté le 15 janvier 2020, est encore plus ancien, se produisant lorsqu'un système binaire NSBH a fusionné il y a environ 1 milliard d'années lors de la fusion d'un trou noir de 6 masses solaires et d'une étoile à neutrons de 1,5 masse solaire.
'Ces collisions ont ébranlé l'Univers en son cœur et nous avons détecté les ondulations qu'elles ont envoyées à travers le cosmos', dit l'astrophysicienne Susan Scott de l'Université nationale australienne (ANU).
«Chaque collision n'est pas seulement la rencontre de deux objets massifs et denses. C'est vraiment comme Pac-Man, avec un trou noir avalant en entier son étoile à neutrons.
Ces systèmes binaires ont été prédits depuis des décennies, mais n'ont jamais été observés auparavant. Or, grâce à la détection des ondes gravitationnelles à partir de leurs collisions, on sait que ces paires existent, même si de nombreuses questions demeurent.
'Nous avons maintenant vu les premiers exemples de trous noirs fusionnant avec des étoiles à neutrons, nous savons donc qu'ils sont là-bas', dit l'astronome des ondes gravitationnelles Maya Fishbach de la Northwestern University.
«Mais il y a encore tellement de choses que nous ne savons pas sur les étoiles à neutrons et les trous noirs – à quel point ils peuvent devenir petits ou grands, à quelle vitesse ils peuvent tourner, comment ils se combinent pour devenir des partenaires de fusion. Avec les futures données sur les ondes gravitationnelles, nous aurons les statistiques pour répondre à ces questions et, en fin de compte, nous apprendrons comment les objets les plus extrêmes de notre univers sont fabriqués.
Les découvertes sont rapportées dans Les lettres du journal astrophysique .