“Pac-Man” dans l’espace: les trous noirs engloutissent des étoiles à neutrons dans la première preuve d’un événement céleste rare

Il y a près d’un milliard d’années, deux des objets les plus extrêmes de l’univers se sont réunis dans une spirale de la mort, et l’un d’eux n’en est pas sorti vivant.

Pour la toute première fois, les astronomes ont détecté deux instances distinctes de trous noirs avalant des étoiles à neutrons denses – et cela s’est déroulé comme Pac-Man dans l’espace.

Les ondes gravitationnelles causées par ces deux événements ont atteint la Terre en janvier 2020, permettant aux astronomes de retracer les ondulations dans l’espace-temps jusqu’au moment où elles se sont produites dans des galaxies distantes à 900 millions d’années-lumière et à un milliard d’années-lumière.

L’étude, impliquant plus d’un millier de scientifiques dans ces détections, a été publiée mardi dans The Astrophysical Journal Letters.

Les résultats pourraient aider les scientifiques à percer les secrets de l’univers et les diverses origines des ondes gravitationnelles.

Les ondes gravitationnelles sont créées lorsque des objets massifs dans l’espace se déplacent et entrent en collision, comme une paire de trous noirs ou une paire d’étoiles à neutrons. Alors que les scientifiques pensaient que de telles collisions étaient possibles entre les trous noirs et les étoiles à neutrons, ils n’avaient jusqu’à présent aucune preuve d’un tel événement.

Les trous noirs et les étoiles à neutrons sont tous deux le résultat de la mort des étoiles. Lorsque les étoiles meurent, elles peuvent s’effondrer dans des trous noirs voraces qui consomment toute la matière qui les entoure. Ou ils peuvent former une étoile à neutrons, un vestige incroyablement dense qui reste après l’explosion d’une étoile.

Les deux événements de collision se sont produits à seulement 10 jours d’intervalle, l’un détecté le 5 janvier 2020 et le second le 15 janvier. Ils ont été détectés par le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-Unis et l’observatoire des ondes gravitationnelles Virgo à Italie.

Lors de l’événement du 5 janvier, baptisé GW200105, un trou noir d’environ neuf fois la masse de notre soleil a avalé une étoile à neutrons qui était 1,9 fois la masse de notre soleil. Lors de la collision du 15 janvier appelée GW200115, un trou noir de six masses solaires a englouti une étoile à neutrons de 1,5 masse solaire. Une masse solaire est la masse de notre soleil.

“Ces collisions ont secoué l’Univers jusqu’à son cœur et nous avons détecté les ondulations qu’elles ont envoyées à travers le cosmos”, a déclaré Susan Scott, co-auteur de l’étude et professeur distingué à l’École de recherche de physique de l’Université nationale australienne au Centre d’astrophysique gravitationnelle. , dans un rapport.

“Chaque collision n’est pas seulement la rencontre de deux objets massifs et denses. C’est vraiment comme Pac-Man, avec un trou noir avalant tout son étoile à neutrons compagne. Ce sont des événements remarquables et nous avons attendu très longtemps pour en être témoins. . C’est donc incroyable de les capturer enfin.”

La preuve que cet événement rare se produit non pas une, mais deux fois, est comme la dernière pièce du puzzle des astronomes essayant de déterminer si de telles collisions entre deux objets extrêmes massifs se produisent.

“Avec cette nouvelle découverte des fusions étoile à neutrons-trou noir en dehors de notre galaxie, nous avons trouvé le type manquant de binaire. Nous pouvons enfin commencer à comprendre combien de ces systèmes existent, à quelle fréquence ils fusionnent et pourquoi nous n’avons pas encore vu exemples dans la Voie lactée », a déclaré Astrid Lamberts, co-auteur de l’étude et chercheuse au Centre national de la recherche scientifique à l’Observatoire de la Côte d’Azur, à Nice, en France, dans un communiqué.

Aucune lumière n’a été détectée à partir de ces deux événements, mais cela n’a pas surpris les chercheurs étant donné la grande distance et le fait que les trous noirs étaient suffisamment massifs pour avaler complètement les étoiles à neutrons.

“Ce n’étaient pas des événements où les trous noirs ont grignoté les étoiles à neutrons comme le monstre cookie et ont jeté des morceaux. Patrick Brady, porte-parole de la collaboration scientifique LIGO et professeur à l’Université du Wisconsin-Milwaukee, dans un communiqué.

Auparavant, les astronomes utilisant les détecteurs d’ondes gravitationnelles avaient trouvé des candidats pour d’éventuelles collisions étoile à neutrons-trou noir, qui se sont toutes deux produites en 2019, mais ils n’avaient pas suffisamment de preuves pour les confirmer.

Sur la base des résultats de ces dernières détections, les chercheurs pensent que l’une de ces fusions violentes se produit environ une fois par mois à moins d’un milliard d’années-lumière de la Terre.

Les détecteurs seront allumés pour leur quatrième campagne d’observation à l’été 2022 et seront utilisés pour rechercher davantage de ces fusions rares afin qu’ils puissent comprendre où et à quelle fréquence ils se produisent.

“Nous avons maintenant vu les premiers exemples de trous noirs fusionnant avec des étoiles à neutrons, nous savons donc qu’ils existent”, a déclaré Maya Fishbach, boursière postdoctorale de la NASA Einstein et membre de la collaboration scientifique LIGO.

“Mais il y a encore tellement de choses que nous ne savons pas sur les étoiles à neutrons et les trous noirs – à quel point ils peuvent devenir petits ou grands, à quelle vitesse ils peuvent tourner, comment ils s’associent pour former des partenaires de fusion. Avec les futures données sur les ondes gravitationnelles, nous aurons le statistiques pour répondre à ces questions, et finalement apprendre comment sont fabriqués les objets les plus extrêmes de notre univers.”

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