Des ondes gravitationnelles issues d’une collision mystérieuse pourraient révéler un nouveau type de trou noir

Un étrange ensemble d’ondes gravitationnelles a été détecté par l’instrument LIGO, issues d’une collision mystérieuse. Les ondes proviendraient de la fusion d’une étoile à neutrons avec ce qui pourrait être le plus petit trou noir ou la plus grande étoile à neutrons jamais détecté.

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations de l’espace-temps, causées par le mouvement ou la collision d’objets massifs. Le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-Unis, a détecté ce type d’ondes à plusieurs reprises au cours des dernières années, en provenance de paires de trous noirs en collision, ainsi que d’une paire d’étoiles à neutrons.

Récemment, une collision déroutante a été détectée, a déclaré la membre de l’équipe LIGO Katerina Chatziioannou, lors d’une réunion de l’American Astronomical Society à Hawaï, le 6 janvier 2020.

Un détecteur LIGO en Louisiane a repéré des signes de collision entre deux objets célestes, mais personne ne sait exactement de quel type d’objet il s’agit pour l’un d’eux. Un article présentant les conclusions de Chatziioannou et son équipe, déjà disponible pour consultation, paraîtra bientôt dans la revue The Astrophysical Journal Letters.

Collision entre une étoile à neutrons et un objet mystérieux…

Lors de cette collision, l’un des objets était très certainement une étoile à neutrons d’une masse comprise entre 1.1 et 1.7 fois la masse du Soleil. L’autre objet est probablement, également, une étoile à neutrons, bien que des mois d’analyse n’ont pas pu le prouver, explique Nelson Christensen, membre de l’équipe LIGO. Sa masse pourrait être aussi élevée que 2.5 fois celle du Soleil, ce qui est suffisamment massif pour être un trou noir.

« Nous n’avons jamais vu d’étoile à neutrons avec une masse aussi importante », explique Christensen. « La question est, est-ce vraiment une étoile à neutrons ? Si c’est le cas, alors nous avons détecté une étoile à neutrons massive vraiment étrange. Et si c’est un trou noir, alors c’est un trou noir vraiment peu massif ».

Alors que l’idée d’un tel trou noir de faible masse est plausible, le moins massif que l’on ait trouvé jusqu’à présent fait 3.3 fois la masse du Soleil. S’il ne s’agit pas du plus petit trou noir jamais détecté, mais d’une étoile à neutrons, un tel objet serait tout aussi inhabituel, car les chercheurs ne savent pas encore expliquer comment une étoile à neutrons avec un partenaire proche pourrait devenir si massive.

« C’est clairement plus massif que n’importe quelle autre paire d’étoiles à neutrons jamais observée », a déclaré Chatziioannou lors d’une conférence de presse. « L’existence d’un tel système remet en question notre compréhension actuelle de la façon dont ces systèmes forment des binaires et fusionnent pour émettre des ondes gravitationnelles ».

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Lorsque les deux objets ont fusionné, ils se sont effondrées en un trou noir. Chatziioannou a suggéré que le trou noir résultant s’est créé si rapidement qu’il a retenu toute la lumière sortante, ce qui pourrait expliquer l’absence d’une composante visible lors de l’événement. Une autre possibilité est que tout jet d’énergie était simplement orienté loin de la Terre à la sortie du système, a-t-elle expliqué.

Nous devons nous habituer à ce genre de découverte étrange, déclare Christensen. « Nous recevons environ un événement d’ondes gravitationnelles par semaine maintenant, et c’est beaucoup », dit-il. « Avec autant d’événements cosmiques, nous tombons inévitablement sur des découvertes sympas de temps en temps ».

Simulation de la collision des deux objets de l’étude (étoile à neutrons—étoile à neutrons/trou noir) :

Source : LIGO