En août 2017, une autre percée majeure s'est produite lorsque l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO) a détecté des ondes qui seraient causées par une fusion d'étoiles à neutrons. Peu de temps après, les scientifiques du LIGO, d'Advanced Virgo et du télescope spatial à rayons gamma Fermi ont pu déterminer où dans le ciel cet événement (connu sous le nom de kilonova) s'est produit.
Cette source, connue sous le nom de GW170817 / GRB, a été la cible de nombreuses enquêtes de suivi car on pensait que la fusion aurait pu conduire à la formation d'un trou noir. Selon une nouvelle étude d'une équipe qui a analysé les données de l'Observatoire de rayons X Chandra de la NASA depuis l'événement, les scientifiques peuvent désormais affirmer avec plus de confiance que la fusion a créé un nouveau trou noir dans notre galaxie.
L’étude, intitulée «GW170817 a probablement fait un trou noir», a récemment paru dans The Astrophysical Journal Letters. L'étude était dirigée par David Pooley, professeur adjoint de physique et d'astronomie à l'Université Trinity de San Antonio, et comprenait des membres de l'Université du Texas à Austin, de l'Université de Californie à Berkeley et du Laboratoire Energetic Cosmos de l'Université Nazarbayev au Kazakhstan.
Pour les besoins de leur étude, l'équipe a analysé les données radiographiques de Chandra prises dans les jours, semaines et mois après la détection des ondes gravitationnelles par LIGO et des rayons gamma par la mission Fermi de la NASA. Alors que presque tous les télescopes du monde avaient observé la source, les données des rayons X étaient essentielles pour comprendre ce qui s'était passé après la collision des deux étoiles à neutrons.
Alors qu'une observation de Chandra deux à trois jours après l'événement n'a pas détecté de source de rayons X, les observations ultérieures prises 9, 15 et 16 jours après l'événement ont abouti à des détections. La source a disparu pendant un certain temps lorsque GW170817 est passé derrière le Soleil, mais des observations supplémentaires ont été faites environ 110 et 160 jours après l'événement, qui ont toutes deux montré un éclaircissement significatif.
Bien que les données LIGO aient fourni aux astronomes une bonne estimation de la masse de l'objet résultant après la fusion des étoiles à neutrons (2,7 masses solaires), cela n'a pas été suffisant pour déterminer ce qu'elle était devenue. Essentiellement, cette quantité de masse signifiait que c'était soit l'étoile à neutrons la plus massive jamais trouvée, soit le trou noir de masse la plus faible jamais trouvé (les précédents détenteurs de records étant quatre ou cinq masses solaires). Comme Dave Pooley l'a expliqué dans un communiqué de presse de la NASA / Chandra:
«Bien que les étoiles à neutrons et les trous noirs soient mystérieux, nous en avons étudié un grand nombre dans l'Univers à l'aide de télescopes comme Chandra. Cela signifie que nous avons à la fois des données et des théories sur la façon dont nous nous attendons à ce que ces objets se comportent aux rayons X. »
Si les étoiles à neutrons fusionnaient pour former une étoile à neutrons plus lourde, les astronomes s'attendraient à ce qu'elle tourne rapidement et génère un champ magnétique très puissant. Cela aurait également créé une bulle élargie de particules de haute énergie qui entraînerait des émissions lumineuses de rayons X. Cependant, les données de Chandra ont révélé des émissions de rayons X qui étaient plusieurs centaines de fois inférieures à celles attendues d'une étoile à neutrons massive à rotation rapide.
En comparant les observations de Chandra avec celles du très grand réseau Karl G. Jansky de la NSF (VLA), Pooley et son équipe ont également pu déduire que les émissions de rayons X étaient entièrement dues à l'onde de choc provoquée par la fusion qui s'est brisée dans les environs. gaz. En bref, il n'y avait aucun signe de rayons X provenant d'une étoile à neutrons.
Cela implique fortement que l'objet résultant était en fait un trou noir. S'ils sont confirmés, ces résultats indiqueraient que le processus de formation d'un trou noir peut parfois être compliqué. Essentiellement, GW170817 aurait été le résultat de deux étoiles subissant une explosion de supernova qui ont laissé deux étoiles à neutrons sur une orbite suffisamment serrée pour finalement se rejoindre. Comme l'explique Pawan Kumar:
«Nous avons peut-être répondu à l'une des questions les plus élémentaires de cet événement éblouissant: qu'est-ce qu'il a fait? Les astronomes soupçonnent depuis longtemps que les fusions d'étoiles à neutrons formeraient un trou noir et produiraient des explosions de rayonnement, mais jusqu'à présent, il nous manquait des arguments solides. »
Pour l'avenir, les affirmations de Pooley et de ses collègues pourraient être testées par de futures radiographies et observations radio. Des instruments de nouvelle génération - comme le Square Kilometer Array (SKA) actuellement en construction en Afrique du Sud et en Australie, et le télescope avancé de l'ESA pour l'astrophysique à haute énergie (Athena +) - seraient particulièrement utiles à cet égard.
Si le reste se révèle être une étoile à neutrons massive avec un champ magnétique puissant après tout, alors la source devrait devenir beaucoup plus brillante dans les rayons X et les longueurs d'onde radio dans les années à venir alors que la bulle à haute énergie rattrape le choc décélérant vague. À mesure que l'onde de choc s'affaiblit, les astronomes s'attendent à ce qu'elle continue à devenir plus faible qu'elle ne l'était lorsqu'elle a été observée récemment.
Quoi qu'il en soit, les futures observations de GW170817 fourniront inévitablement une mine d'informations, selon J. Craig Wheeler, co-auteur de l'étude également de l'Université du Texas. "GW170817 est l'événement astronomique qui continue de donner", a-t-il déclaré. "Nous apprenons tellement sur l'astrophysique des objets connus les plus denses de cet événement."
Si ces observations de suivi constatent qu'une étoile à neutrons lourds est le résultat de la fusion, cette découverte remettra en question les théories sur la structure des étoiles à neutrons et sur leur masse. D'un autre côté, s'ils trouvent qu'il a formé un minuscule trou noir, cela remettra en question les notions d'astronomes sur les limites de masse inférieures des trous noirs. Pour les astrophysiciens, c'est essentiellement un scénario gagnant-gagnant.
Comme le co-auteur Bruce Grossan de l'Université de Californie à Berkeley a ajouté:
«Au début de ma carrière, les astronomes ne pouvaient observer que des étoiles à neutrons et des trous noirs dans notre propre galaxie, et maintenant nous observons ces étoiles exotiques à travers le cosmos. Quel moment passionnant d'être en vie, de voir des instruments comme LIGO et Chandra nous montrer tant de choses passionnantes que la nature a à offrir. »
En effet, regarder plus loin dans le cosmos et plus loin dans le temps a révélé beaucoup de choses sur l'Univers qui étaient auparavant inconnues. Et avec des instruments améliorés développés dans le seul but d'étudier les phénomènes astronomiques plus en détail et à des distances encore plus grandes, il ne semble pas y avoir de limite à ce que nous pourrions apprendre. Et n'oubliez pas de regarder cette vidéo de la fusion GW170817, gracieuseté de l'Observatoire de rayons X de Chandra:
