CM – Des astronomes détectent pour la première fois des trous noirs engloutissant des étoiles à neutrons

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Une autre interprétation artistique de la fusion d’un trou noir et d’une étoile à neutrons avec le trou noir volant de la matière à son homologue.

Cet article, Les astronomes détectent pour la première fois des trous noirs engloutissant des étoiles à neutrons, a été initialement publié sur CNET.com.

Le 5 janvier 2020, des astrophysiciens ont entendu un gazouillis provenant d’une partie éloignée du cosmos, à quelque 900 millions d’années-lumière. Le son éphémère était différent de tout ce qu’ils avaient entendu auparavant et a été causé par une grande ondulation dans l’espace-temps – une onde gravitationnelle – qui s’est propagée à travers l’univers à plus de 900 millions d’années-lumière, balayant la Terre et cinglant. détecteurs. Gazouiller.

Puis, 10 jours plus tard, ils ont entendu un autre son similaire. Un jumeau cosmique. Les ondes gravitationnelles avaient une fois de plus sonné les détecteurs de la Terre. Gazouiller.

Après une analyse minutieuse, les deux signaux ont été identifiés comme émanant d’événements extrêmes, jamais vus auparavant dans l’espace lointain : la collision entre un trou noir et une étoile à neutrons.

La paire de collisions (ou, moins poétiquement, les « fusions ») sont détaillées dans une nouvelle étude publiée dans l’Astrophysical Journal Letters mardi, mettant en vedette plus de 1 000 scientifiques des collaborations LIGO/Virgo et KAGRA, un effort multinational pour chasser les ondes gravitationnelles. . Les deux événements nouvellement décrits sont nommés GW200105 et GW200115, pour les dates auxquelles ils ont été découverts, et fournissent la première preuve définitive d’une fusion insaisissable.

Avant la double détection, les astronomes n’avaient trouvé que des trous noirs fusionnant avec des trous noirs et des étoiles à neutrons fusionnant avec des étoiles à neutrons.

« Nous attendions et attendions, à un moment donné, de détecter un système avec l’un de chacun », a déclaré Susan Scott, astrophysicienne à l’Australian National University et membre d’OzGrav et de la collaboration LIGO.

Au cours des deux dernières années, il avait été suggéré qu’une collision entre une étoile à neutrons et un trou noir aurait pu être repérée, mais l’un des objets semblait un peu inhabituel. C’était trop gros pour être une étoile à neutrons et trop petit pour être un trou noir. L’objet inconnu reste un mystère, ce qui signifie que GW200105 et GW200115 entreront dans l’histoire.

« Ce sont les premières détections vraiment sûres de la fusion d’une étoile à neutrons avec un trou noir », ajoute Rory Smith, astrophysicien à l’Université Monash en Australie et membre de la collaboration LIGO.

Les trous noirs et les étoiles à neutrons sont des objets étranges. Ce sont les reliques d’étoiles mortes et se forment à la fin de la vie d’une étoile. La taille d’une étoile affecte la façon dont sa vie se termine. Si c’est une petite étoile (la petite étant « environ 10 fois plus massive que notre soleil »), elle s’effondre en une « étoile zombie » incroyablement dense, connue sous le nom d’étoile à neutrons. Si c’est une grande étoile, elle s’effondre dans un trou noir. Les deux sont des objets bien connus et bien étudiés, mais ils recèlent encore de nombreux mystères.

D’une part, nous ne pouvons pas voir à l’intérieur d’eux. C’est une caractéristique très discutée des trous noirs. Leur gravité est si forte que lorsque la lumière est attirée – au-delà du soi-disant horizon des événements – elle ne revient jamais. Mais les scientifiques ne savent pas non plus ce qui se passe au cœur d’une étoile à neutrons. Ils soupçonnent qu’une physique vraiment étrange pourrait se produire dans les deux objets. Les lois de la physique semblent s’effondrer à l’intérieur d’eux.

Observer les objets via des ondes gravitationnelles est une « sorte de paléontologie stellaire », selon Smith, car elle peut nous renseigner sur leur histoire évolutive et les environnements dans lesquels ils se forment.

Les gazouillis sont au cœur de cela. Lorsque LIGO, basé aux États-Unis et Virgo, basé en Italie, détectent un « bip », ils remontent le temps. Dans le chirp se trouve un tas d’informations qui peuvent indiquer aux astrophysiciens la masse des objets en collision et la façon dont ils tournent. Cette information est essentielle pour comprendre comment les deux objets se sont retrouvés enfermés dans une danse de la mort l’un avec l’autre.

« En étudiant ces systèmes, nous en apprenons beaucoup plus sur la vie et la mort des trous noirs et des étoiles à neutrons dans ces systèmes binaires », a déclaré Scott.

GW200105, le chirp détecté le 5 janvier 2020, et GW200115, le chirp détecté le 15 janvier 2020, sont des événements similaires mais les objets qui sont entrés en collision ont des propriétés légèrement différentes. Ces noms scientifiques étouffants sont plutôt déroutants, nous les avons donc surnommés Lenny (GW200105) et Carl (GW200115).

Les chercheurs disent que Lenny est le résultat d’un trou noir environ neuf fois plus massif que le soleil entrant en collision avec une étoile à neutrons environ 1,9 fois plus massive que le soleil. Carl est venu via un trou noir environ six fois plus massif que le soleil fusionnant avec une étoile à neutrons environ 1,5 fois plus massive que le soleil. Lenny et Carl sont des bêtes complètement différentes de nos jours. Les fusions se sont produites il y a près d’un milliard d’années loin de la Terre, et les gazouillis ne nous sont parvenus que récemment.

Lorsque nous disons ici « collision » ou « fusion », nous ne savons pas exactement ce qui s’est passé lorsque les deux objets se sont finalement réunis. Longtemps, ils se sont encerclés, piégés par la gravité de l’autre. Finalement, ils se sont réunis. Scott décrit Lenny et Carl comme « un peu comme Pac-Man », avec le trou noir engloutissant l’étoile à neutrons.

Il y a aussi la possibilité que le trou noir « déchiquette » l’étoile à neutrons dans un processus connu sous le nom de perturbation des marées. Dans ce scénario, le trou noir arracherait le matériau de la surface de l’étoile à neutrons et le volerait, créant un disque de débris autour de l’horizon des événements. « Cela devrait produire un signal électromagnétique », a déclaré Scott.

Et une étoile à neutrons déchiquetée est une mine d’or pour les astrophysiciens. Vous ne pouvez pas rendre le matériau présent dans une étoile à neutrons dans un laboratoire et l’étudier, donc ces types d’événements peuvent ouvrir une fenêtre pour comprendre ce qui se passe à l’intérieur.

« En observant comment une étoile à neutrons est déchirée par un trou noir, nous commençons à comprendre comment la matière se comporte dans son état le plus dense », a déclaré Eric Thrane, astrophysicien à l’Université Monash et membre de la collaboration LIGO. Avec suffisamment de détections d’ondes gravitationnelles, nous pourrons peut-être décoder leurs propriétés.

Cela fait de Lenny et Carl la première des nombreuses fusions d’étoiles trou noir-neutron aidant à faire la lumière sur les objets les plus extrêmes de notre univers.

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