VIDEO - GW190425: la fusion d'un système formé de deux astres compacts
Publié par Redbran le 09/01/2020 à 14:00
Source: CNRS IN2P3
Le 25 avril 2019, le réseau de détecteurs d'ondes gravitationnelles comprenant l'instrument européen Advanced Virgo situé en Italie et les deux détecteurs Advanced LIGO construits aux Etats-Unis ont détecté un signal baptisé GW190425. Après GW170817, c'est le second événement dont la source pourrait être une fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion...) de deux étoiles à neutrons. GW190425 a été enregistré à 10h18 et 5 secondes heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure solaire »...) de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin...) ; environ 40 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon,...) plus tard, la collaboration scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) LIGO (LIGO (pour Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est un projet d'interféromètre américain, destiné à détecter les ondes...) et la collaboration Virgo ont envoyé une alerte pour initier les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) de suivi par des télescopes.


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 (Graphie) de fusionner. Cette image est extraite d'une simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite « analogique »...) basée sur la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ d'étude, tant théorique qu'expérimental.) général.
Image: CoRe / Jena FS

La source du système GW190425 se trouve à environ 500 millions d'années-lumière de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...). Elle est localisée dans une région du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) environ 300 fois plus grande que celle obtenue pour le célèbre signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. ...) GW170817, dont la découverte a marqué le début de l'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers...) multi-messagers avec ondes gravitationnelles. Contrairement à GW170817, aucune contrepartie n'a été observée à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...) pour GW190425: pas de signal électromagnétique, ni de neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. C’est un fermion de spin ½.) ou de rayons cosmiques.

Il y a plusieurs hypothèses pour la source du signal GW190425. La plus probable est la collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) 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 (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) fournies par les ondes gravitationnelles, ces scénarios "exotiques" ne peuvent pas être écartés. La masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du...) totale du système binaire (Le système binaire est un système de numération utilisant la base 2. On nomme couramment bit (de l'anglais binary digit, soit « chiffre binaire ») les chiffres de la numération binaire. Ceux ci ne peuvent prendre...) a été estimée à 3,4 fois celle du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...). 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 (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) 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 (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) au laboratoire INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) de Turin (Turin (Türìn en piémontais - Torino en italien) est une ville, chef-lieu de la province de même nom et capitale du Piémont en Italie.) 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 (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une...), prédisent que la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande importance...) qu'un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception notable de la radiation de...) se soit formé immédiatement après la collision est très élevée, de l'ordre de 96%", complète Sebastiano Bernuzzi, chercheur à l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) d'Iéna en Allemagne.

GW190425 merger simulation


Cette vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à l'électronique et non de type photochimique. Le...) montre la simulation de la relativité numérique d'une fusion binaire d'étoiles à neutrons compatible avec la source du signal GW190425, détectée par le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node) l'extrémité...) mondial de détecteurs d'ondes gravitationnelles LIGO-Virgo le 25 avril 2019. Les deux étoiles à neutrons ont des masses de 1,75 et 1,55 fois la masse solaire (En astrophysique, la masse solaire est l'unité de masse conventionnellement utilisée pour les étoiles ou les autres objets massifs. Elle est égale à la masse de notre Soleil. Son symbole et sa valeur sont :), ce qui correspond aux valeurs médianes de l'analyse du signal, et sont initialement à une séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) orbitale de 45 km. La vidéo est composée de deux parties, toutes deux montrant les dernières orbites des étoiles à neutrons, puis leur collision, suivie de l'effondrement rapide du reste dans un trou noir. La première visualisation se concentre sur la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace...) de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) à neutrons dans la région centrale de champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) fort ; les masses volumiques les plus élevées (en bleu) sont au-dessus des densités nucléaires, les surfaces blanches apparaissant plus tard se rapprochent de l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien d'autres...) du trou noir. L'encart du bas montre la partie réelle du mode dominant de l'onde gravitationnelle (Dans le cadre de la relativité générale les ondes gravitationnelles sont définies comme les perturbations de la métrique qui du point de vue des équations d'Einstein sont...) émise au loin. La deuxième partie, un zoom arrière de la même simulation, montre la propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue généralement deux catégories de propagation :) gravitationnelles émises loin de la source. La surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique,...) codée en couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) montre la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet. Par exemple :) (scalaire de Weyl) sur le plan orbital.

Lire le communiqué de presse (Un communiqué de presse est un document court envoyé aux journalistes dans le but de couvrir un événement.) EGO-Virgo complet

Contacts:
- Berrie Giebels - DAS Astroparticules et cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) - berrie.giebels at in2p3 (L'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) est un institut de recherche fondamentale du CNRS dont le domaine de recherche est comme son nom l'indique la physique nucléaire et des...).fr
- Matteo Barsuglia - Responsable du groupe Virgo France - barsuglia at apc.univ-paris7.fr
- Clémence Epitalon - Chargée de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi...) - clemence.epitalon at cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).fr
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