L’observation de deux fusions de trous noirs avec une étoile à neutrons à 10 jours d’écart

Pour la première fois, des chercheurs ont pu observer la fusion d’un trou noir avec une étoile à neutrons et un belge fait partie de l’équipe !

Cette découverte a été réalisée par le consortium LIGO/Virgo/Kagra à l’aide de détecteurs d’ondes gravitationnelles situés aux États-Unis, en Italie et au Japon. Une vraie découverte internationale, publié dans les Astrophysical Journal Letters.

Les astronomes soupçonnaient depuis longtemps que des collisions entre des trous noirs et des étoiles "mortes" se produisaient, mais ils n’avaient aucune preuve jusqu’à maintenant.

Mais où étaient donc ces phénomènes cosmiques ?

Comme on l’apprend dans le NYTimes, cela fait plus de 20 ans que LIGO (le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) recherche ces phénomènes dans l’Univers. Selon la théorie de la relativité générale d’Einstein, on devait pouvoir l’observer. Pendant des années, les faisceaux laser de l’observatoire dans l’État de Washington et de Louisiane, n’ont rien détecté.

Enfin, en 2015, ils ont repéré une collision, celle de deux trous noirs, un évènement incroyable qui a généré des perforations dans le tissu de l’espace-temps. En 2017, c’était au tour de deux étoiles à neutrons qui ont été observées en train de se rentrer l’une dans l’autre en créant un immense rejet de lumière et de matière lourde comme de l’or et de l’argent.


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Mais toujours pas de système étoile à neutrons – trou noir…

Une nouvelle catégorie de système binaire

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Et finalement, comme l’explique la BBC, des années plus tard, le LIGO détecte en janvier 2020 ce qui pourrait bien être deux collisions entre une étoile à neutrons et un trou noir dans deux endroits différents du cosmos. Les premières données sont corroborées par d’autres télescopes dont le Virgo en Italie : une collision a eu lieu le 5 janvier 2020 et une autre le 15 janvier 2020.

Lors de la seconde collision, l’étoile à neutrons avait environ 1,5 fois la masse du soleil, et le trou noir était entre 3,6 et 7,5 fois la masse du soleil. La collision n’a donné lieu à aucune particule de lumière, preuve que le trou noir à "avaler" l’étoile à neutrons rapidement sans laisser aucune éjection possible.

"On a donc affaire une nouvelle catégorie de binaires, qui n’avaient jusqu’alors pu être observées directement ", explique Sébastien Clesse, du Service de Physique Théorique, Faculté des Sciences de l’ULB.


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Mais la question reste ouverte de savoir pourquoi on n’a pas encore pu en observer dans notre galaxie. Les hypothèses pour l’instant comme l’explique le Dr Patrick Brady, professeur de physique à l’Université du Wisconsin-Milwaukee, au NYTimes, seraient que les techniques de recherche n’étaient pas tout à fait correctes, ou peut-être que les paires fusionnent rapidement après la création de la galaxie et qu’il n’y en a plus dans la Voie Lactée.

Le Belge qui participe à l’étude

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Sébastien Clesse travaille sur le sujet avec ces collègues depuis plusieurs années. Il étudie et recherche des signaux provenant de trous noirs hypothétiques, des trous noirs primordiaux, qui se seraient formés moins d’une milliseconde après le Big-Bang.


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Ces observations pourraient expliquer une partie, voire la totalité, de la mystérieuse matière noire de l’Univers qui continue à faire rêver beaucoup de chercheurs.

Sébastien Clesse explique dans un communiqué : "Chaque observation nous donne une indication sur la distribution des masses des trous noirs, des étoiles à neutrons, leurs taux de fusion, leur rotation, leur environnement. Ce sont autant d’informations indispensables pour comprendre leur origine. Ces nouvelles observations tendent à favoriser une fois de plus des scénarios où de grandes populations de trous noirs se retrouvent dans des amas, comme c’est le cas pour nos modèles de trous noirs primordiaux".

Si la première photo d’un trou noir avait fait grand bruit il y a quelques années, la passion pour les géants destructeurs de l’Univers est toujours bien présente dans l’imaginaire collectif.