2021-07-01
Trous noirs et étoiles à neutrons : la dernière danse de « couples mixtes »
Une nouvelle pièce vient d’être ajoutée au catalogue des phénomènes cosmiques. Annoncée par les collaborations Ligo, Virgo et Kagra, il s’agit de la première détection d’ondes gravitationnelles1 provenant de la fusion « mixte » entre un trou noir et une étoile à neutrons2 . Cette découverte, publiée le 29 juin 2021 dans Astrophysical Journal Letters, implique des chercheurs et chercheuses du CNRS travaillant au sein de la collaboration scientifique Virgo. Quelques années ont suffi pour que l’observation des ondes gravitationnelles fournisse un répertoire conséquent de phénomènes issus d’objets cosmiques massifs. Les détecteurs Ligo et Virgo ont ainsi permis d’étudier des fusions de « couples » (ou binaires) de trous noirs, pour la plupart, et parfois d’étoiles à neutrons. Mais des ondes gravitationnelles, mesurées en janvier 2020 et dont les signaux associés sont surnommés GW200105 et GW200115 selon leurs dates de détection, témoignent de l’existence de nouveaux types de systèmes. Ces signaux proviennent en effet d’un phénomène déjà théorisé, mais jusqu’alors jamais observé a coalescence de « couples mixtes » composés chacun d’un trou noir et d’une étoile à neutrons3 . Les ondes gravitationnelles contiennent des informations précieuses sur leurs origines, comme la masse des éléments de la binaire. Leurs analyses ont donc permis de révéler que GW200105 provenait d’un trou noir et d’une étoile à neutrons respectivement 8,9 fois et 1,9 fois plus massifs que le Soleil et dont la fusion a eu lieu il y a 900 millions d’années. Le signal GW200115, quant à lui, est issu d’objets 5,7 et 1,5 fois plus massifs que notre astre et sa coalescence remonte à 1 milliard d’années. La différence de masse entre les éléments du système indique qu’il s’agit bien de binaires « mixtes » : la masse de l’objet le plus lourd correspond effectivement à celle d’un trou noir et la masse du plus léger à celle d’une étoile à neutrons. L’écart entre ces deux masses pourrait aussi expliquer l’absence d’observation de signaux lumineux par des télescopes. En effet, une étoile à neutrons s’approchant d’un trou noir peut théoriquement se déchirer sous l’effet de forces de marée, provoquant alors une éruption de rayonnements lumineux. Mais dans les deux cas observés, le trou noir, bien plus massif, pourrait avoir avalé l’étoile à neutrons en une seule bouchée, sans laisser de traces.
