Premières détections d’étoiles à neutrons englouties par des trous noirs

Alors que la détection d’ondes gravitationnelles provenant de collisions entre deux trous noirs ou deux étoiles à neutrons devient presque banale, des évènements impliquant ces deux types d’objets célestes ont été identifiés pour la première fois.

Deux évènements intervenus à dix jours d’intervalle

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue The Astrophysical Journal Letters, des astronomes ont formellement identifié un trou noir dévorant une étoile à neutrons à deux reprises. Les ondes gravitationnelles (ou ondulations de l’espace-temps) créées par ces évènements cataclysmiques, intervenus à quelques jours d’intervalle, ont parcouru plus de 900 millions d’années-lumière avant d’atteindre les détecteurs terrestres.

Nommée GW200105, la première des deux collisions a été détectée le 5 janvier 2020 par l’observatoire Virgo, en Italie, et l’un des deux détecteurs qui composent l’observatoire d’ondes gravitationnelles LIGO, aux États-Unis (le second détecteur LIGO était temporairement hors service). Celle-ci impliquait un trou noir environ 8,9 fois plus massif que le Soleil ayant avalé une étoile à neutrons de 1,9 masse solaire.

Repéré le 15 janvier 2020 grâce au concours des trois détecteurs, le second évènement, baptisé GW200105, impliquait cette fois un trou noir 5,7 fois plus massif que notre astre, ayant gobé une étoile à neutrons de 1,5 masse solaire. Si LIGO avait précédemment détecté d’autres événements qui auraient pu être des collisions entre des trous noirs et des étoiles à neutrons, les chercheurs expliquent que ces deux nouvelles détections sont nettement plus claires et définitives.

Les deux événements étant très éloignés l’un de l’autre, les astronomes n’ont pas été en mesure de repérer dans le ciel la moindre lumière provenant des collisions. Mais cela aurait également pu être le cas s’ils avaient été plus proches, étant donné que les trous noirs étaient beaucoup plus massifs que les étoiles à neutrons. « Les simulations suggèrent que l’étoile à neutrons a été entièrement engloutie par le trou noir, et non déchiquetée », explique Astrid Lamberts, membre de l’équipe LIGO à l’Observatoire de la Côte d’Azur (OCA).

Vers une meilleure compréhension de ces étranges couples mixtes

De telles observations pourraient nous aider à comprendre comment des « couples mixtes » aussi étranges se forment. Un trou noir et une étoile à neutrons pourraient naître en tant que paire, à partir d’étoiles déjà en orbite l’une autour de l’autre, ou se rencontrer plus tard au cours de leur vie. Bien que certains éléments suggèrent que cette dernière hypothèse pourrait s’appliquer à la seconde détection, l’équipe souligne que les données disponibles ne permettent pas de s’en assurer.

Le prochain cycle d’observation de LIGO devrait débuter au milieu ou à la fin de l’année 2022. Nous devrions donc être en mesure de détecter davantage de ces couples bizarres à ce moment-là, ainsi que d’autres types d’objets.

« Nous avions déjà observé des trous noirs binaires et des étoiles à neutrons binaires, nous avons maintenant la preuve définitive de l’existence de systèmes binaires composés de ces deux corps célestes », souligne Nelson Christensen, travaillant également à l’OCA. « Il nous faut maintenant une supernova ou un pulsar en rotation. Ce sera la prochaine étape importante. »