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LIGO-Virgo : la fusion d’un système formé de deux astres compacts détectée

LIGO-Virgo : la fusion d'un système formé de deux astres compacts détectée

Le 25 avril 2019, le réseau de détecteurs d’ondes gravitationnelles comprenant l’instrument européen Advanced Virgo situé en Italie, dans lequel l’équipe du LAPP est impliquée, et les deux détecteurs Advanced LIGO construits aux Etats-Unis ont observé un signal baptisé GW190425. Après GW170817, c’est le second événement dont la source pourrait être une fusion de deux étoiles à neutrons. GW190425 a été enregistré à 10h18 et 5 secondes heure de Paris ; environ 40 minutes plus tard, la collaboration scientifique LIGO et la collaboration Virgo ont envoyé une alerte pour initier les observations de suivi par des télescopes.

La source du système GW190425 se trouve à environ 500 millions d’années-lumière de la Terre. Elle est localisée dans une région du ciel environ 300 fois plus grande que celle obtenue pour le célèbre signal GW170817, dont la découverte a marqué le début de l’astrophysique multi-messagers avec ondes gravitationnelles. Contrairement à GW170817, aucune contrepartie n’a été observée à ce jour pour GW190425 : pas de signal électromagnétique, ni de neutrino ou de rayons cosmiques.

Il y a plusieurs hypothèses pour la source du signal GW190425. La plus probable est la collision de deux étoiles à neutrons mais le système qui a fusionné aurait pu également inclure un, voire deux, trous noirs – bien que des trous noirs assez légers pour correspondre aux masses mesurées pour GW190425 n’aient encore jamais été observés. Néanmoins, sur la seule base des données fournies par les ondes gravitationnelles, ces scénarios « exotiques » ne peuvent pas être écartés. La masse totale du système binaire a été estimée à 3,4 fois celle du Soleil. En supposant que la source de GW190425 soit une fusion de deux étoiles à neutrons, ce système serait très différent de ceux que l’on connaît dans notre galaxie et dont la masse totale varie entre 2,5 et 2,9 fois celle du Soleil. Cela montre que le système initial d’étoiles à neutrons dont GW190425 serait issu pourrait s’être formé différemment.

« Après la surprise causée par les résultats des analyses préliminaires, nous avons finalement obtenu un bon niveau de compréhension pour cet événement », indique Alessandro Nagar, chercheur au laboratoire INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) de Turin en Italie. « Bien qu’ils aient été prédits par des travaux théoriques, des systèmes binaires lourds comme celui dont la fusion aurait pu produire le signal GW190425 peuvent être invisibles aux observations électromagnétiques. »

« Ce que nous n’avons pas observé, c’est l’astre formé par cette fusion. Nos simulations numériques, basées sur la théorie de la relativité générale, prédisent que la probabilité qu’un trou noir se soit formé immédiatement après la collision est très élevée, de l’ordre de 96% », complète Sebastiano Bernuzzi, chercheur à l’université d’Iéna en Allemagne.

Lire le communiqué de presse EGO-Virgo complet

Illustration : un système de deux étoiles à neutrons juste avant la coalescence : les deux étoiles sont déformées par les forces de marée et sont sur le point de fusionner. Cette image est extraite d’une simulation numérique basée sur la théorie de la relativité général Image : CoRe / Jena FSU.

Vidéo "GW190425 merger simulation"