gov-civil-vilareal.ptL'espace-temps tremble : pour la première fois, des astronomes voient un trou noir manger une étoile à neutrons
>Pour la première fois, des astronomes ont détecté la chose la plus effrayante de l'Univers en train de manger la deuxième chose la plus effrayante : un trou noir dévorant une étoile à neutrons.
C'est à la fois l'un des résultats de recherche les plus cool et les plus effrayants sur lesquels j'ai jamais écrit. Une fusion entre ces deux types d'objets les plus denses de l'Univers crée un colossal explosion, mais qui est tout à fait sombre. La seule façon dont il a été détecté parce qu'il a littéralement secoué le tissu de l'espace-temps .
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Encore mieux? Les astronomes en ont détecté un deuxième dix jours plus tard.
Les événements effrayants ont été découverts par la collaboration LIGO-Vierge , des installations conçues pour détecter ondes gravitationnelles , de véritables ondulations dans le tissu de l'espace-temps. Einstein a prédit que ces ondes seraient générées par n'importe quelle masse accélérée, mais elles sont trop faibles et molles pour être détectées à moins que l'objet ne soit massif, dense et fortement accéléré.
Cependant, lorsque des trous noirs ou des étoiles à neutrons fusionnent, des objets qui ne font que des kilomètres de diamètre mais qui ont autant de masse que les étoiles sont accélérés les uns autour des autres à des vitesses écrasantes, suffisamment pour créer des ondes gravitationnelles aiguës. Ces ondes s'étendent vers l'extérieur à la vitesse de la lumière, mais s'affaiblissent avec la distance. Nous pouvons les détecter à des centaines de millions ou de milliards d'années-lumière, mais à ce moment-là, ils se sont tellement affaiblis que l'étirement de l'espace-temps est extrêmement faible, c'est pourquoi ils ont été prédits il y a un siècle mais n'ont été détectés directement pour la première fois qu'en 2015 ( J'ai des détails sur cette première découverte capitale et comment tout cela fonctionne dans un article de cette époque).
Oeuvre représentant la fusion d'une étoile à neutrons (à droite) avec un trou noir (à gauche). Crédit: Carl Knox (OzGrav)
Des dizaines d'événements ont été observés depuis lors, principalement des paires de trous noirs fusionnant, bien que des fusions d'étoiles à neutrons aient également été observées deux fois. Jusqu'à présent, cependant, aucun trou noir n'a jamais été vu en train de manger une étoile à neutrons - en fait, aucun système binaire trou noir/étoile à neutrons n'a jamais été détecté dans notre galaxie !
Les événements ont été détectés le 5 janvier 2020 et le 15 janvier 2020, et sont appelés respectivement GW200105_162426 et GW200115_042309 ( GW pour les ondes gravitationnelles, puis les nombres correspondent à la date et à l'heure du jour où ils ont été détectés). Le premier (appelons-le GW200105) était un signal fort, mais seulement visible clairement dans l'un des trois détecteurs (un deuxième était éteint à l'époque, et il n'était vu que faiblement dans le troisième). Le second (GW200115) a été observé dans les trois*.
Lorsqu'une onde gravitationnelle traverse la Terre, la forme et la force des ondes nous en disent long sur le système qui les a créées. Les deux événements étaient statistiquement significatifs (ce qui signifie que les astronomes pensent qu'ils sont réels) et dans les deux cas, les masses des deux objets fusionnant étaient assez faibles.
Une étoile à neutrons est incroyablement petite et dense, emballant la masse du Soleil dans une boule de quelques kilomètres de diamètre. Cette œuvre d'art en représente un comparé à Manhattan. Crédit: Centre de vol spatial Goddard de la NASA
Les deux composants qui ont fusionné dans GW200105 avaient des masses de 8,9 et 1,9 fois la masse du Soleil (avec des incertitudes d'environ 1,3 et 0,3 fois la masse du Soleil, respectivement). Le premier composant est bien en territoire de trou noir — la masse minimale pour ce type de trou noir, nous pensons, est d'environ 2,8 fois celle du Soleil . La seconde, bien que inférieure à cette limite, est donc presque certainement une étoile à neutrons : Le incroyablement noyau dense d'une étoile massive après que l'étoile a explosé en tant que supernova. Une sphère de neutronium (comme on appelle cette matière) de la taille d'une boule de gomme pèserait autant que chaque être humain sur Terre combiné .
Il en va de même pour le deuxième événement, GW 200115 : les masses sont 5,7 (±2 environ) et 1,5 (± 0,5) fois celles du Soleil. Encore une fois, assez clairement un trou noir et une étoile à neutrons.
Les deux systèmes ont commencé leur vie comme deux étoiles normales mais massives en orbite l'une autour de l'autre. L'un était probablement environ 20 fois la masse du Soleil. Il a parcouru rapidement son combustible nucléaire, probablement en quelques millions d'années seulement. Il s'est ensuite gonflé en une étoile supergéante rouge (comme Antares ou Bételgeuse). Elle était si grosse qu'elle a probablement englouti ou presque englouti brièvement l'étoile compagne, et cette deuxième étoile aurait retiré beaucoup de masse de la première étoile, se rendant plus massive.
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La première étoile a alors explosé, formant un trou noir. Finalement, la deuxième étoile a également explosé, formant une étoile à neutrons (ou, selon les masses initiales et la rapidité avec laquelle l'une a perdu du matériel à l'autre, cela aurait pu être l'inverse). Quoi qu'il en soit, ce qui restait était une étoile à neutrons en orbite autour d'un trou noir.
Si une troisième étoile était dans le système, elle aurait pu déséquilibrer les deux, les faisant orbiter plus près l'une de l'autre. Ou il est possible qu'au cours de milliards d'années, les deux aient émis de faibles ondes gravitationnelles lors de leur orbite, perdant de l'énergie et s'enroulant lentement ensemble. Quoi qu'il en soit, ils se sont finalement suffisamment rapprochés, et BANG. Le trou noir a avalé l'étoile à neutrons.
Soit dit en passant, si vous êtes curieux : ce qui reste après cet événement est un trou noir plus massif et plus grand. Cela fait partie de l'ensemble d'un trou noir : tombez dedans, et vous faites maintenant partie du trou noir.
L'énergie orbitale d'un tel système juste avant ce dernier moment est difficile à comprendre. Deux objets totalisant plusieurs fois la masse du Soleil tourbillonnent l'un autour de l'autre à presque la vitesse de la lumière. Cette énergie doit aller quelque part lorsque les deux fusionnent. Là où il va, c'est dans l'espace-temps secouant.
Lorsque cela se produit, une partie de la masse du système est convertie directement en énergie des ondes gravitationnelles. C'est une immense quantité d'énergie. Dans ces deux nouveaux cas, quelque chose comme la moitié de la masse du Soleil a été convertie en énergie. Remarquez, cela se fait via l'équation E=mc^2, et la vitesse de la lumière au carré est un très, très grand nombre. Les derniers instants n'ont duré que quelques secondes, mais la quantité d'énergie créée était quelque chose comme 1 00 quintillions de fois la luminosité totale du Soleil (dixvingt) sur le même laps de temps !
Pourtant, il faisait presque certainement complètement noir. Aucune lumière n'a été émise (aucun flash n'a été vu par les télescopes, du moins, et aucun n'était nécessairement attendu). Toute l'énergie est allée dans les ondes gravitationnelles. Les deux événements se trouvaient à environ un milliard d'années-lumière, et sur cette vaste distance, les signaux se sont considérablement affaiblis. Au moment où ils sont arrivés ici, ils n'étaient plus qu'un murmure. En fait, pour être honnête, un murmure près des détecteurs provoquerait un signal beaucoup plus important que ces événements.
Des fusions comme celles-ci sont importantes parce que nous ne comprenons pas vraiment complètement comment un trou noir et un système d'étoiles à neutrons se forment, ni comment il évolue au fil du temps. Le simple fait de voir ces événements nous indique que ces systèmes binaires existent - un bon début - et aussi à quelle fréquence ils se produisent dans notre volume local d'espace (à partir de ceux-ci, nous nous attendons à ce qu'il y ait environ une fusion chaque semaine quelque part à moins de 2 milliards d'années-lumière de nous). Si d'autres sont détectés, cela aidera les astronomes à comprendre comment ces binaires stellaires massifs se comportent.
Qui est super! Tant qu'ils sont loin. Ce genre d'événement me convient lorsqu'il se produit dans une autre galaxie. Même un plus proche serait cool, pour obtenir un meilleur signal et pouvoir mieux l'analyser. Mais quand un monstre cosmique en mange un autre, aussi incroyable et cool soit-il, cela ne me dérange pas d'avoir un siège qui saigne du nez.
aventures à la maison avec pourboire et oh
* En 2019, un événement similaire a été détecté, où un trou noir massif a fusionné avec ce qui est probablement un trou noir de très faible masse. Il est possible que le deuxième objet soit une étoile à neutrons extrêmement massive, mais assez improbable.
