Détection d’un trou noir avalant une étoile à neutrons

Des astronomes ont détecté le signal d’onde gravitationnelle qui semble avoir été causé par un trou noir avalant une étoile à neutrons.

Image d’entête : représentation artistique d’un trou noir qui commence à avaler une étoile à neutrons (Carl Knox,/OzGrav ARC Centre of Excellence)

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu même de l’espace-temps. Ils sont créés par les événements les plus énergiques de l’univers, tels que des collisions entre des objets massifs comme des trous noirs. Alors qu’Einstein lui-même avait prédit leur existence il y a plus d’un siècle, ils n’ont été détectés directement qu’en 2015.

Depuis lors, des dizaines d’autres signaux ont afflué, grâce à des détecteurs spécialement conçus à cet effet, comme le LIGO et le Virgo. La plupart de ces détections sont le résultat de la collision de deux trous noirs, mais on a aussi trouvé les ondes de deux étoiles à neutrons qui s’entrechoquent.

Mais il y a un troisième type d’événement qui a jusqu’ici échappé à la détection : un trou noir qui absorbe une étoile à neutrons. Et maintenant, les astronomes sont presque sûrs d’en avoir trouvé une.

Le 14 août, LIGO et Virgo ont détecté des ondes gravitationnelles provenant d’environ 900 millions d’années-lumière de distance. Cela n’a rien d’extraordinaire, mais dans ce cas, la taille des objets suggère qu’il s’agissait d’une fugace fusion étoile neutron / trou noir (NSBH pour Neutron Star/ Black Hole).

Pour déterminer le type de fusion observé, les astronomes peuvent analyser les données des ondes gravitationnelles afin d’estimer les masses de chaque objet dans la collision et, à partir de là, déterminer ce qu’était chaque objet. Si les deux objets ont entre une et trois masses solaires, ce sont très probablement des étoiles à neutrons. Si les deux font plus de 5 masses solaires, l’événement a probablement impliqué deux trous noirs.

Le diagramme des masses d’objets que LIGO utilise pour déterminer quel type d’événement a été détecté. NSBH pour une fusion  étoile à Neutrons/  trou noir, BBH pour deux trous noirs, MassGap pour Systèmes binaires compacts avec au moins un objet compact dont la masse se trouve dans l’hypothétique « écart de masse » entre les étoiles à neutrons et les trous noirs. (LIGO)

(LIGO)

Mais dans le cas de la détection de mercredi dernier, l’un des objets a été estimé à plus de 5 masses solaires, tandis que l’autre est en dessous de trois. Cela suggère fortement qu’il s’agit d’une collision entre un trou noir et une étoile à neutrons.

Une détection similaire a eu lieu en avril de cette année. Bien que ce premier événement aurait pu être une fusion étoile neutron / trou noir, le signal était malheureusement très faible, les astronomes ne lui donnant que 13 % de chance d’être de ce type. Il était beaucoup plus probable qu’il s’agisse de deux étoiles à neutrons à 49 %, et en fait, il y avait une plus grande probabilité d’interférence terrestre (à 14 %).

Pour cette nouvelle détection, en revanche, les scientifiques sont beaucoup plus confiants. Selon le LIGO, il y a plus de 99 % de chances que ce soit une fusion étoile neutron / trou noir. Bien entendu, une analyse plus poussée sera nécessaire pour confirmer la taille exacte des deux objets.

Cela dit, il y a une autre possibilité, encore plus exotique : de minuscules trous noirs.

Selon la professeure Susan Scott, chercheuse en chef du Centre d’excellence de l’ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery :

Les scientifiques n’ont jamais détecté un trou noir plus petit que 5 masses solaires ou une étoile à neutrons de plus de 2,5 fois la masse de notre Soleil.  Sur la base de cette expérience, nous sommes très confiants que nous venons de détecter un trou noir engloutissant une étoile à neutrons. Cependant, il y a la possibilité mince mais intrigante que l’objet avalé était un trou noir bien léger, beaucoup plus que tout autre trou noir que nous connaissons dans l’univers. Ce serait un prix de consolation vraiment génial.

Les résultats définitifs ne devraient pas tarder à être publiés.

Annoncée sur le site de l’Université nationale australienne : Scientists detect a black hole swallowing a neutron star.