Une possible fusion entre une étoile à neutrons et un trou noir observée pour la première fois
Le 26 avril 2019, une onde gravitationnelle caractéristique de la fusion d’un trou noir avec une étoile à neutron a traversé les détecteurs LIGO et Virgo. Cette rencontre, totalement inédite, n’est pas la seule à avoir été observée. Alors que LIGO et Virgo sont en état de marche depuis un mois seulement, après une période de travaux pour les rendre plus performants, trois fusions de trous noirs et une d’étoiles à neutrons auraient également été détectées.
De plus, pour la première fois, les alertes LIGO-Virgo sont publiques. Elles sont envoyées rapidement après la détection en temps réel de possibles signaux d’ondes gravitationnelles. Cette stratégie a pour but de faciliter le suivi de ces observations par d’autres observatoires et augmente encore les perspectives déjà prometteuses de l’astronomie multi-messagers, basée sur l’enregistrement et l’interprétation simultanés de divers signaux en provenance de l’espace.
« Utiliser les données de trois détecteurs très différents est un défi de tous les instants« , souligne Florian Aubin, doctorant dans l’équipe Virgo au LAPP. « Mais c’est aussi l’opportunité d’identifier la position de la source d’ondes gravitationnelles dans le ciel et de chercher des contreparties électromagnétiques ou en neutrinos, c’est à dire des émissions de lumière ou de particules. Je suis très motivé par la campagne de prise de données actuelle. Les deux candidats impliquant des étoiles à neutrons et les trois fusions potentielles de couples de trous noirs, tous observés en moins d’un mois, sont la promesse d’une année entière remplie de découvertes intéressantes. En ce qui me concerne, c’est la récompense de deux années de travail intense. »
Le taux de fonctionnement très élevé du détecteur Advanced Virgo, combiné à son éloignement géographique des détecteurs LIGO et à son orientation différente, améliore la capacité du réseau global de localiser les sources d’ondes gravitationnelles dans le ciel et de décrypter de manière complète ces signaux. En effet, une bonne détermination de la position de la source dans le ciel est un prérequis pour une campagne d’observation de contreparties électromagnétiques réussie, et pour la riche moisson de résultats scientifiques qui s’ensuit.
De nombreuses détections sont attendues à mesure que les instruments Advanced LIGO et Advanced Virgo continuent leur nouvelle campagne d’observations qui doit durer un an : de nouvelles fusions de trous noirs et de systèmes contenant des étoiles à neutrons bien sûr, mais aussi peut-être de nouveaux signaux d’ondes gravitationnelles émis par d’autres types de sources astrophysiques. À la fois les algorithmes de détection en temps réel, qui analysent une première fois les données dès qu’elles sont produites, et les analyses ultérieures, qui traitent de grandes quantités de données en utilisant l’ensemble des informations disponibles, vont continuer à chercher des ondes gravitationnelles, de sources connues ou inconnues.
Illustration : vue d’artiste d’une fusion d’étoiles à neutrons, en plusieurs étapes. Le résultat de la fusion a de grandes chances de devenir un trou noir, ne pouvant plus supporter sa propre gravité. Image Ciolfi, Giacomazzo (Virgo Collaboration), Kastaun (Ligo Scientific Collaboration)