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Un trou noir est entré en collision avec quelque chose qui ne devrait pas exister

Conception artistique d'une étoile à neutrons.

Conception artistique d’une étoile à neutrons.
Image: NASA

Les astronomes sont perplexes sur les observations qui montrent un trou noir percutant un objet mystère de taille inhabituelle.

Nouveau recherche publié dans The Astrophysical Journal Letters décrit une collision entre un trou noir et un objet encore à identifier. Au moment de ce rendez-vous céleste, le trou noir était 23 fois plus massif que notre Soleil, mais l’objet inconnu ne faisait que 2,6 fois la masse du Soleil, ce qui est nettement bizarre.

Les scientifiques derrière le nouveau document, co-écrit par l’astrophysicienne Vicky Kalogera de la Northwestern University, disent que le plus petit objet pourrait être un trou noir ou une étoile à neutrons, ce dernier étant le reste super-dense d’une étoile explosée. Un trou noir de 2,6 masses solaires serait le plus petit jamais enregistré (le trou noir le plus léger connu est de 5 masses solaires), tandis qu’une étoile à neutrons de la même masse serait la plus grande jamais enregistrée (la étoiles à neutrons les plus lourdes sont entre 2,3 et 2,4 masses solaires). Donc, de toute façon, ce n’est pas quelque chose que les astronomes ont jamais vu auparavant – et en fait, cela pourrait représenter une classe entièrement nouvelle d’objets compacts et denses.

“Cette découverte est choquante parce que nous avons trouvé un objet avec une masse à laquelle nous ne nous attendions pas”, a expliqué Imre Bartos, astrophysicien à l’Université de Floride et co-auteur de la nouvelle étude, dans un e-mail à Gizmodo. Cette gamme d’objets compacts, entre environ 2.2 et 5 masses solaires, a été “pensé pour être inhabité jusqu’à présent”, at-il dit, en référence à une classe de poids énigmatique connue sous le nom de fossé de masse.

“À mon avis, la partie la plus intrigante de cette étude est la détection d’un objet dans le” fossé de masse “, qui est une sorte de no man’s land entre l’étoile à neutrons la plus lourde et les masses de trous noirs les plus légères que nous ayons mesurées, »Remercie Cromartie, astrophysicien à l’Université de Virginie et à l’Observatoire national de radioastronomie qui n’a pas participé à la nouvelle étude, a écrit dans un e-mail à Gizmodo. “Malheureusement, il est impossible de dire de quoi il s’agit, en partie parce que la” déformation des marées “, ou l’étirement des étoiles à neutrons, qui est généralement détectable dans les fusions d’étoiles à neutrons, est noyée par l’asymétrie de cette fusion.”

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Cela dit, les preuves d’observation disponibles et les prédictions théoriques des masses acceptables d’étoiles à neutrons “indiquent que cet objet est très probablement un trou noir très léger”, a-t-elle déclaré. Si cela se révèle être une étoile à neutrons de bonne foi, «nous devons reconsidérer très radicalement le comportement de la matière à des densités extrêmement élevées».

Les astronomes ont déjà été témoins trou noir sur trou noir l’action, et même étoiles à neutrons écrasant d’autres étoiles à neutrons, mais pas un trou noir entrant en collision avec une étoile à neutrons. Si elle était confirmée, cette fusion cosmique, désignée GW190814, serait la première. Gizmodo a écrit sur les recherches préliminaires sur cet événement l’été dernier.

Le GW190814 a été repéré le 14 août 2019 par l’observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) de l’interféromètre laser de la National Science Foundation et le détecteur Vierge. Cette fusion, située à 8 millions d’années-lumière de la Terre, a été si importante qu’elle a créé des ondulations dans le tissu de l’espace-temps, qui ont rayonné vers l’extérieur sous la forme d’ondes gravitationnelles qui ont finalement atteint les détecteurs sur Terre (merci Einstein!). L’écart de masse des deux objets, dans un rapport de 9: 1, représente un nouvel extrême pour un événement d’ondes gravitationnelles. Le précédent record de disparité de masse appartenait à GW190412—Une collision impliquant deux trous noirs — qui présentait un rapport de masse de 4: 1.

Les fusions cosmiques précédentes impliquant des étoiles à neutrons, comme GW170817 à partir d’août 2017, a produit des ondes lumineuses détectables en plus des ondes gravitationnelles, mais aucune lumière n’a été détectée lors de cette fusion, malgré le fait que plusieurs observatoires du monde entier ont été formés sur place après que les scientifiques du LIGO et de la Vierge ont envoyé une alerte. Il est possible, disent les auteurs, que la lumière du GW170817 soit trop faible étant donné les grandes distances impliquées. Ou, l’objet inconnu était un trou noir, bien qu’un trou noir étonnamment insuffisant. Les chercheurs suggèrent une autre possibilité: c’était une étoile à neutrons engloutie par le trou noir dans une grande gorgée, dans une fusion rapide qui n’a produit aucune lumière.

Un cliché d'une visualisation des objets qui fusionnent, représentés comme deux trous noirs et émettant des ondes gravitationnelles.

Un cliché d’une visualisation des objets qui fusionnent, représentés comme deux trous noirs et émettant des ondes gravitationnelles.
Image: N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

De manière passionnante, et comme Charlie Hoy, membre de la collaboration scientifique LIGO et étudiant diplômé de l’Université de Cardiff, l’a déclaré dans un communiqué de presse: “Ceci est le premier aperçu de ce qui pourrait être une toute nouvelle population d’objets binaires compacts.”

Cromartie a déclaré que l’objet plus léger est peu susceptible d’être une étoile à neutrons, “malgré l’excitation de ce résultat.” Nous ne sommes actuellement pas en mesure de savoir quoi que ce soit, “mais il est important de ne pas dépenser trop d’énergie pour envisager cette possibilité”, comme l’équipe LIGO a explicitement déclaré que ce n’était pas probable, a-t-elle déclaré.

L’origine de l’objet plus léger, avec ses 2,6 masses solaires, reste un autre mystère. Les étoiles à neutrons et les trous noirs sont nés lorsque des étoiles massives s’effondrent sous leur propre gravité, a déclaré Bartos, mais le nouvel objet est “incompatible avec cette évolution, donc quelque chose doit l’avoir créé autre qu’une étoile mourante”.

Une possibilité intéressante, a déclaré Bartos, est que cet objet ait émergé de la collision de deux étoiles à neutrons de «taille normale», qui ont tendance à peser environ 1,3 masse solaire, «afin que deux d’entre elles puissent bien constituer la masse que nous observons ici». dit-il à Gizmodo. Il a ajouté:

Le fait qu’une telle collision ait ensuite été suivie de la collision du reste avec un trou noir suggère qu’il y a une sorte de «chaîne de montage» en jeu ici. Cela est en fait attendu dans l’univers dans des endroits où il y a beaucoup de trous noirs et d’étoiles à neutrons à proximité. C’est le cas au centre de chaque galaxie où ces objets migrent en raison de l’attraction du trou noir supermassif central qui se trouve dans pratiquement chaque galaxie. Cela peut également aider si quelque chose facilite les collisions, comme un grand afflux de gaz qui forme un disque autour du trou noir supermassif, puis recueille et assemble les petits trous noirs et les étoiles à neutrons. En fait, l’autre grande surprise de cet événement, les masses très différentes des deux objets en collision, pointe également vers une rencontre violente.

La prochaine étape sera de confirmer et d’étudier davantage de fusions cosmiques. La bonne nouvelle est que davantage de détections sont attendues dans les mois et années à venir, alors que nos instruments astronomiques s’améliorent régulièrement.

“Le taux de découvertes s’accélère – ce n’est que la troisième collision publiée par LIGO et Virgo sur plus de 50 candidats que nous analysons toujours”, a déclaré Bartos à Gizmodo. Dans les années à venir, le taux de découvertes va encore augmenter d’un facteur important, a-t-il dit, “afin que nous puissions nous attendre à des détections plus excitantes” sur une base pratiquement quotidienne. Lequel, wow.

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