La d茅tection d鈥檕ndes gravitationnelles la plus r茅cente ouvre une 猫re nouvelle en astronomie
La d茅couverte d鈥檜ne onde gravitationnelle provoqu茅e par la fusion de deux 茅toiles 脿 neutrons, annonc茅e aujourd鈥檋ui par une collaboration de scientifiques du monde entier, ouvre une 猫re nouvelle en astronomie. C鈥檈st, en effet, la premi猫re fois que des chercheurs peuvent observer un 茅v茅nement cosmique dans le domaine tant des ondes lumineuses 鈥� la base de l鈥檃stronomie traditionnelle 鈥� que des ondes gravitationnelles, ces d茅formations de l鈥檈space-temps pr茅dites il y a un si猫cle par Albert Einstein dans sa th茅orie de la relativit茅 g茅n茅rale.
La d茅couverte a 茅t茅 faite 脿 l鈥檃ide de l鈥檕bservatoire d鈥檕ndes gravitationnelles par interf茅rom茅trie laser (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory 鈥� ), situ茅 aux 脡tats-Unis, du d茅tecteur Virgo, situ茅 en Europe, et de quelque 70 observatoires terrestres et spatiaux. La premi猫re d茅tection des ondes gravitationnelles, r茅alis茅e en 2015, a valu aux p猫res du LIGO le prix Nobel de physique 2017; dans ce cas, les chercheurs ont d茅termin茅 que les ondes avaient 茅t茅 d茅clench茅es par une collision de trous noirs, 茅v茅nement qui ne devrait pas 茅mettre de lumi猫re.
La d茅couverte, mettant en sc猫ne des 茅toiles 脿 neutrons, 芦 permet de lier cette source d鈥檕ndes gravitationnelles 脿 tout le reste de l鈥檃strophysique : 茅toiles, galaxies, explosions, trous noirs massifs et, bien s没r, fusions d鈥櫭﹖oiles 脿 neutrons 禄, explique Daryl Haggard, astrophysicienne de l鈥橴niversit茅 平特五不中 qui a dirig茅 l鈥檜ne des nombreuses 茅quipes de scientifiques affili茅s des quatre coins du monde ayant examin茅 la source de ce nouveau signal d鈥檕nde gravitationnelle. 芦 C鈥檈st un niveau de connaissance enti猫rement nouveau. 禄
Un nouveau regard sur les sursauts de rayons gamma
La Pre Haggard ainsi que Melania Nynka et John J. Ruan, chercheurs postdoctoraux 脿 平特五不中, sont les auteurs principaux d鈥檜n article publi茅 dans la revue Astrophysical Journal Letters qui expose les observations de l鈥櫭﹒uipe, obtenues 脿 l鈥檃ide du t茅lescope spatial 脿 rayons X Chandra de la NASA, en provenance de la source de l鈥檕nde gravitationnelle qui a atteint la Terre le 17 ao没t dernier.
Ces observations confirment que la collision des deux 茅toiles 脿 neutrons 鈥� qui comptent parmi les objets les plus denses de l鈥橴nivers 鈥� a 茅galement d茅clench茅 un violent jet de plasma chaud, connu sous le nom de sursaut gamma, dans une galaxie situ茅e 脿 environ 138 millions d鈥檃nn茅es-lumi猫re de la Terre. De plus, l鈥櫭﹒uipe a d茅termin茅 que l鈥檈xplosion est la premi猫re que les astronomes ont observ茅e 芦 hors axe 禄, c鈥檈st-脿-dire non point茅e vers la Terre, perspective qui pourrait permettre aux scientifiques de mieux comprendre comment ces puissantes explosions affectent leur environnement.
芦 Les sursauts de rayons gamma les plus faciles 脿 d茅tecter sont ceux dont les jets d鈥櫭﹎ission lumineuse sont point茅s vers la Terre 禄, explique Melania Nynka. 芦 Il est plus facile de voir un projecteur lorsqu鈥檌l brille directement sur vous, mais parfois la lumi猫re peut 锚tre trop intense et vous emp锚cher de distinguer tous les d茅tails. Quand la lumi猫re est point茅e un peu sur le c么t茅, comme dans ce cas, cela nous donne un point de vue diff茅rent. 禄
Les 茅toiles 脿 neutrons, form茅es lorsque des 茅toiles massives explosent sous la forme de supernovas, sont tr猫s denses. Leur masse de deux 脿 trois fois celle de notre soleil est compact茅e dans un objet dont la taille est celle d鈥檜ne ville comme Boston ou Montr茅al. Une cuill猫re 脿 caf茅 de mat茅riau d鈥檜ne 茅toile 脿 neutrons a une masse d鈥檈nviron un milliard de tonnes.
芦 Nous avions d茅j脿 pens茅 que la collision de deux 茅toiles 脿 neutrons pourrait produire un sursaut de rayons gamma 禄, dit Daryl Haggard. 芦 La d茅tection d鈥檕ndes gravitationnelles combin茅e aux donn茅es que nous recueillons au moyen d鈥檕bservatoires comme Chandra confirme la pr茅diction. 禄
Sonder les origines des 茅l茅ments lourds
On pense que les fusions d鈥櫭﹖oiles 脿 neutrons sont responsables de la production de la plupart des 茅l茅ments lourds de l鈥橴nivers, comme l鈥檕r, le platine et l鈥檃rgent. L鈥櫭﹖ude plus approfondie de ces collisions pourrait aider les scientifiques 脿 d茅terminer l鈥檕rigine de ces 茅l茅ments, qui repr茅sentent pr猫s de la moiti茅 du tableau p茅riodique. D茅j脿, des observations compl茅mentaires faites 脿 l鈥檃ide de t茅lescopes dans le monde entier ont r茅v茅l茅 des signatures de mat茅riaux r茅cemment synth茅tis茅s, notamment l鈥檕r et le platine.
Le signal gravitationnel, appel茅 GW170817, a 茅t茅 capt茅 pour la premi猫re fois le matin du 17 ao没t par les deux d茅tecteurs LIGO identiques, situ茅s 脿 Hanford, dans l鈥櫭塼at de Washington, et 脿 Livingston, en Louisiane. Les informations fournies par le troisi猫me d茅tecteur, Virgo, situ茅 pr猫s de Pise, en Italie, ont contribu茅 脿 pr茅ciser la position de l鈥櫭﹙茅nement cosmique. 脌 peu pr猫s au m锚me moment, le t茅lescope spatial Fermi de la NASA avait d茅tect茅 une explosion de rayons gamma. Le logiciel d鈥檃nalyse LIGO-Virgo a mis les deux signaux ensemble et a vu qu鈥檌l 茅tait fort peu probable qu鈥檌l s鈥檃gisse d鈥檜ne co茂ncidence. La听d茅tection rapide des ondes gravitationnelles par l鈥櫭﹒uipe LIGO-Virgo, associ茅e 脿 la d茅tection des rayons gamma par Fermi, a d茅clench茅 une campagne d鈥檕bservations compl茅mentaires 脿 l鈥檃ide de t茅lescopes du monde entier, y compris Chandra.
芦 Les rayons X 茅mis par cette fusion 茅taient tr猫s faibles au d茅but, mais sont devenus soudainement plus intenses environ 10 jours plus tard 禄, dit John Ruan, boursier postdoctoral au sein du groupe de chercheurs de la Pre Haggard, 脿 l鈥橧nstitut spatial de 平特五不中. 芦 Ce fut tout 脿 fait inattendu, et notre mod茅lisation a montr茅 que ce comportement est d没 au fait que le jet du sursaut de rayons gamma 茅tait 鈥榟ors axe鈥� 鈥� non point茅 vers la Terre 鈥� un ph茅nom猫ne que nous n鈥檃vions pas vu auparavant. 禄
Dans les semaines et les mois 脿 venir, les t茅lescopes continueront d鈥檕bserver la fusion de ces 茅toiles 脿 neutrons et de recueillir des donn茅es sur les diff茅rentes 茅tapes de la fusion, son interaction avec son environnement et les processus qui produisent les 茅l茅ments les plus lourds de l鈥橴nivers.
芦 Il s'agit d'une r茅volution en astronomie禄, affirme Vicky Kalogera, astrophysicienne de l'Universit茅 Northwestern et co-auteur de l'article de 平特五不中. 芦Jamais nous n'avions autant d'astronomes ni autant d'instruments 茅tudiant une seule source pour r茅soudre plusieurs myst猫res en un seul coup. 禄
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L鈥檕bservatoire LIGO est financ茅 par la (NSF) et exploit茅 par l鈥� ainsi que le , qui l鈥檕nt con莽u et ont dirig茅 le Projet initial, puis le Projet avanc茅. Le Projet avanc茅 a 茅t茅 financ茅 par la NSF en collaboration avec l鈥橝llemagne (), le Royaume-Uni () et l鈥橝ustralie (, qui y ont grandement contribu茅 de diverses mani猫res.
Plus de 1 200 scientifiques et quelque du monde entier font partie de la , qui comprend la Collaboration GEO et la collaboration australienne OzGrav. La liste compl猫te des partenaires se trouve 脿 .
La Collaboration Virgo r茅unit pour sa part plus de 280 physiciens et ing茅nieurs provenant de 20 groupes de recherche europ茅ens : six du (CNRS) (France), huit de l鈥橧 (INFN) (Italie), deux du Nikhef (Pays-Bas), les groupes MTA Wigner RCP (Hongrie) et POLGRAW (Pologne), l鈥橴niversit茅 de Valence (Espagne) et EGO (European Gravitational Observatory), laboratoire qui h茅berge le d茅tecteur Virgo, situ茅 pr猫s de Pise, en Italie, et financ茅 par le CNRS, l鈥檒NFN et le .
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L鈥櫭﹖ude dirig茅e par l鈥橴niversit茅 平特五不中 a 茅t茅 financ茅e en partie par le Chandra X-ray Observatory Center, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en g茅nie du Canada et le Fonds de recherche du Qu茅bec 鈥� Nature et technologies.
L鈥檃rticle 芦 A DEEP CHANDRA X-RAY STUDY OF NEUTRON STAR COALESCENCE GW170817 禄, par Daryl Haggard et coll., a 茅t茅 publi茅 en ligne dans la revue Astrophysical Journal Letters le 16 octobre 2017.
doi : 10.3847/2041-8213/aa8ede
Personnes-ressources :
Daryl Haggard
Professeure adjointe de physique
Universit茅 平特五不中 et Institut spatial de 平特五不中
daryl.haggard [at] mcgill.ca
Chris Chipello
Relations avec les m茅dias
Universit茅 平特五不中
T茅l. : 514 398-4201
christopher.chipello [at] mcgill.ca
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