Les scientifiques ont découvert l’étoile à neutrons connue la plus lourde, ou peut-être le trou noir le plus léger connu: “Quoi qu’il en soit, il bat un record.”
Les astronomes ont annoncé aujourd’hui qu’ils avaient découvert quelque chose de nouveau dans l’obscurité: un cadavre stellaire trop lourd pour être une étoile à neutrons – le reste d’une explosion de supernova – mais pas assez lourd pour être un trou noir.
Quoi qu’il en soit, il est révolu depuis longtemps. Il y a environ 780 millions d’années – et à 780 millions d’années-lumière – il était mangé par un trou noir 23 fois plus massif que le soleil. Cette fête a laissé un trou noir encore plus lourd – un vaste et affamé rien avec la masse de 25 soleils.
La nouvelle de cet événement n’a atteint la Terre que récemment, sous la forme d’ondulations spatio-temporelles appelées ondes gravitationnelles. Ces vibrations évanescentes ont été ressenties le 14 août 2019 par une série d’antennes en Italie et aux États-Unis appelées la collaboration internationale LIGO-Virgo, et les résultats ont été publiés mardi dans Astrophysical Journal Letters .
Selon une théorie qui a été l’épine dorsale de décennies d’excitation astrophysique, une étoile peut se retrouver dans l’un des trois états finaux, en fonction de sa masse: une cendre de refroidissement perpétuel connue sous le nom de naine blanche; une étoile dense, avec la masse d’un couple de soleils compressés en une boule de seulement 12 milles de large environ, connue sous le nom d’étoile à neutrons; ou un trou noir, une bête prédite à contrecœur par Albert Einstein comme si dense que rien, pas même la lumière, ne peut échapper à sa gravité.
La victime de cette collision pesait 2,6 masses solaires, selon les calculs LIGO-Virgo. C’est plus lourd que la limite acceptée de 2,5 soleils pour une étoile à neutrons. Mais le trou noir le plus léger jamais mesuré était d’environ cinq masses solaires.
Donc, l’objet mystère se trouve carrément dans ce que les astrophysiciens appellent le «fossé de masse». Les astronomes se demandent depuis longtemps ce qui pourrait, le cas échéant, occuper ce no man’s land astronomique.
“Nous avons attendu des décennies pour résoudre ce mystère”, a déclaré dans une interview Vicky Kalogera de la Northwestern University, l’un des principaux auteurs du document. “Nous ne savons pas si cet objet est l’étoile à neutrons la plus lourde connue ou le trou noir le plus léger connu, mais de toute façon il bat un record.”
Elle a ajouté: «Si c’est une étoile à neutrons, c’est une étoile à neutrons excitante. Si c’est un trou noir, c’est un trou noir excitant. »
Dans une déclaration publiée par le Science and Technology Facilities Council en Grande-Bretagne, Charlie Hoy, un étudiant diplômé de l’Université de Cardiff et co-auteur du Dr Kalogera, a déclaré: “Je ne croyais pas à l’alerte lorsque je l’ai vue pour la première fois.”
L’observatoire LIGO est entré dans l’histoire en 2016 lorsqu’il a détecté des ondes gravitationnelles provenant d’une paire de trous noirs en collision, prouvant l’existence à la fois d’ondes gravitationnelles, un siècle après qu’Einstein les avait prédites, et de trous noirs. L’instrument se compose d’antennes jumelles en forme de L à Hanford, Wash., Et Livingston, La.
Depuis lors, LIGO a été rejoint dans son exploration de l’obscurité par une autre antenne connue sous le nom de Vierge, à Cascina, en Italie. La collaboration combinée LIGO-Virgo comprend environ 2 000 scientifiques à travers le monde. La liste alphabétique de leurs noms et institutions occupe les cinq premières pages et demie du nouveau document.
La collision déroutante enregistrée en août dernier était l’un des 56 événements d’ondes gravitationnelles possibles – dont la plupart semblent être des collisions de trous noirs – détectés lors de la troisième série de l’observatoire, qui s’est déroulée d’avril 2019 à mars 2020, lorsque la pandémie de coronavirus a fermé la plupart des activités scientifiques. autour du monde. La collaboration examine toujours les données afin de les analyser et de les confirmer.
Le Dr Kalogera a déclaré que l’événement était passionnant pour plusieurs raisons. Le rapport des deux masses en collision était le plus extrême – neuf pour un – des collisions d’ondes gravitationnelles qui ont été observées jusqu’à présent. Les astronomes ont du mal à imaginer comment de telles étoiles inégalées pourraient se réunir dans un système binaire à deux étoiles pour commencer.
«C’est très difficile à expliquer pour les théories de la formation», a-t-elle déclaré.
Le signal – un «gazouillis» caractéristique provoqué par les objets en collision qui tournent de plus en plus vite à l’approche de leur moment de malheur ultime – a duré environ 10 secondes. “En raison de la circonstance favorable d’avoir observé un signal aussi fort avec des masses de composants très différentes et pendant environ 10 secondes, nous avons atteint la mesure d’ondes gravitationnelles la plus précise d’un spin de trou noir à ce jour”, Alessandra Buonanno, de l’Albert Einstein Institute à Potsdam, en Allemagne, a déclaré dans un communiqué publié par l’institut.
La rotation d’un trou noir contient des informations importantes sur la naissance et l’évolution du trou noir, a noté le Dr Buonanno. Dans ce cas, il a révélé que le trou noir tournait «plutôt lentement», moins d’un dixième du taux autorisé par les restrictions de la théorie d’Einstein.
Personne n’avait d’explication immédiate ni de candidat sur le type d’entité qui pourrait combler cette lacune – une «pénurie», a dit le Dr Kalogera – sauf pour affirmer que les calculs étaient robustes.
Gordon Baym, un expert des étoiles à neutrons à l’Université de l’Illinois, a souligné que la collision d’une paire d’étoiles à neutrons en 2017, qui a produit un spectacle pyrotechnique cosmique, a laissé une étoile à neutrons avec environ 2,7 masses solaires, occupant ainsi brièvement la écart de masse. Mais on pense que cet objet s’est effondré dans un trou noir presque immédiatement.
La plupart des étoiles à neutrons bien mesurées ont des masses d’environ 1,4 soleils, a déclaré le Dr Baym, et seule une poignée ont des masses supérieures à deux. Dans les calculs théoriques, at-il dit, “il est très difficile de rendre la matière suffisamment rigide, en utilisant une physique raisonnable”, pour évoquer une étoile à neutrons dans la gamme de 2,6 masses solaires.
Daniel Holz, professeur d’astronomie à l’Université de Chicago, membre de la collaboration LIGO, mais pas l’un des principaux auteurs de cet article, a estimé que les étoiles à neutrons et les trous noirs sont en quelque sorte des «opposés polaires».
“Une étoile à neutrons est composée de la matière la plus dense de l’univers, et est en quelque sorte l’étoile ultime”, a-t-il déclaré dans un e-mail. «Un trou noir est juste un espace et un temps déformés. Il n’a même pas de surface physique! Et l’intérieur d’un trou noir ne fait en quelque sorte même pas partie de notre univers, car rien ne peut en sortir. »
Il a ajouté: “Ce qui est étonnant, c’est que, malgré leurs différences profondes, dans ce cas particulier, nous ne pouvons pas dire lequel est lequel!” Tous les indices ont disparu dans le trou noir résultant.
“Donc, nous ne sommes pas sûrs si cet objet est une étoile à neutrons ou un trou noir, et de toute façon c’est excitant et nous apprenons quelque chose de nouveau”, a déclaré le Dr Holz. «C’est un gagnant-gagnant! Beaucoup de théoriciens affûtent maintenant leurs crayons pour essayer d’expliquer ce que nous avons vu. »
