Une équipe de chercheurs internationale vient d’annoncer la découverte de pas moins de 25 nouvelles ondes gravitationelles, dont trois qui sont issues d’une étoile à neutrons et d’un trou noir.

Les ondes gravitationnelles sont des phénomènes incroyables. Observées pour la première fois en 2015, ces ondes d’un nouveau genre avaient été prédites dès 1905 par le français Poincaré et confirmées dans la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. Elles sont souvent le résultat de collision entre deux mastodontes de l’espace, en général des trous noirs, mais il peut aussi s’agir d’étoiles à neutrons selon les situations. Ou encore de collision mixte, entre un trou noir et une étoile à neutrons. Cette onde se propage ensuite au travers de l’espace-temps, le meilleur moyen de se le représenter et d’imaginer une pierre tombant dans une flaque.

L’onde de choc qui s’étend à la surface de l’eau est une belle représentation de ce qu’est, à l’échelle du Cosmos, une onde gravitationnelle. À la différence près que ces dernières sont invisibles à l’œil nu, et que des instruments très précis, et spécifiquement conçus pour leurs recherches sont nécessaires pour les trouver. C’est cette difficulté d’analyse qui a tant retardé la première découverte « directe » d’une onde gravitationnelle.

Mais depuis 2015, et la mise en place des trois principaux observatoires à ce sujet, LIGO (aux États-Unis), VIRGO (en Italie), et KAGRA (au Japon) les découvertes se sont multipliées et cette semaine c’est un “tsunami” qui a envahi le monde scientifique. Pas moins de 35 nouvelles ondes ont été détectées, portant le nombre total de découvertes à 90. Si la majorité d’entre elles sont issues de fusions de trous noirs de diverses tailles, quelques-unes de ces perturbations de l’espace-temps ont attiré l’attention des scientifiques.

Les 90 ondes gravitationelles connues © LIGO-Virgon-Kagra / Aarone Geller / Northwestern

3 étoiles à neutrons et 32 fusions de trous noirs

Ainsi, parmi les 35 ondes gravitationnelles repérées par les observatoires lors d’une étude commune menée entre novembre 2019 et mars 2020, seulement trois étaient dues à une collision entre une étoile à neutrons et un trou noir. C’est par exemple le cas de GW191219_163120 qui est le résultat d’une collision entre un trou noir et une étoile à neutrons assez peu massive, seulement 1,2 masse solaire, là où le poids moyen pour un astre de ce type est généralement de 1,4 masse solaire voire plus. Les autres collisions entre étoiles à neutrons et trous noirs sont survenues entre des astres de respectivement 1,4 et 2,8 masses solaires.

Pour cette dernière les scientifiques n’ont pas réussi à savoir s’il s’agissait bien d’une étoile à neutrons étonnamment lourde ou alors d’un trou noir qui lui serait très léger. En ce qui concerne les 32 fusions de trous noirs, la plus lourde atteint les 145 masses solaires, tandis que la plus légère est à peine à 18. Bien que découvertes très récemment, les ondes gravitationnelles sont théorisées depuis des décennies, et le consensus scientifique a été acquis lors de la conférence de Chapel Hill en 1957.

Our new @LIGO @ego_virgo @KAGRA_PR catalog #GWTC3 includes all the #GravitationalWaves events detected during our first 3 Observing Runs #O1 #O2 and #O3. We love this new poster, from @ARC_OzGRav‘s Carl Knox, which shows all of our events! https://t.co/43rLJ247SR pic.twitter.com/hK09zvE0MM

— LIGO (@LIGO) November 8, 2021

Les étudier comme une population et non des évènements

Cette découverte reste une avancée majeure dans le monde de la cosmologie, il est en effet possible pour les scientifiques d’étudier de très nombreux cas de rencontres entre étoiles à neutrons et trous noirs, ou simplement entre deux trous noirs. L’idée va donc maintenant être de remonter le fil de l’histoire de ces deux astres pour savoir quand et comment ils sont nés. Une recherche qui s’annonce longue, mais qui pourrait donner des réponses très intéressantes sur les origines des trous noirs ou encore sur leur évolution au cours de leur vie.

Plus intéressant encore, cette découverte d’une très grande quantité d’ondes gravitationnelles devrait permettre aux chercheurs d’étudier ce phénomène dans sa globalité et non pas comme un cas isolé. « Il y a des caractéristiques que nous voyons dans ces distributions que nous ne pouvons pas encore expliquer, ouvrant des questions de recherche passionnantes à explorer à l’avenir », assure Shanika Galaudage, chercheur à l’université Monach en Australie.

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