Des scientifiques ont découvert la première preuve robuste d’une collision entre un trou noir et une étoile à neutrons survenant après une orbite ovale, et non circulaire, juste avant leur fusion. Cette découverte remet en cause des hypothèses de longue date sur la formation et l’évolution de ces paires cosmiques.
Des chercheurs de l’Université de Birmingham, de l’Universidad Autónoma de Madrid et de l’Institut Max Planck pour la physique gravitationnelle ont publié leurs résultats aujourd’hui (11 mars) dans The Astrophysical Journal Letters.
On s’attendait à ce que la plupart des paires étoile à neutrons-trou noir adoptent des orbites circulaires bien avant leur fusion. Mais l’analyse de l’événement d’ondes gravitationnelles GW200105 montre que ce système a suivi une orbite ovale bien avant de fusionner pour former un trou noir 13 fois plus massif que le Soleil. Une orbite ovale est quelque chose qui n’avait jamais été observé auparavant dans ce type de collision.
Le Dr Patricia Schmidt, de l’Université de Birmingham, a déclaré : « Cette découverte nous apporte de nouveaux indices essentiels sur la manière dont ces objets extrêmes se rassemblent. Elle nous indique que nos modèles théoriques sont incomplets et soulève de nouvelles questions sur l’origine de tels systèmes dans l’Univers. »
Les chercheurs ont analysé les données des détecteurs LIGO et Virgo à l’aide d’un nouveau modèle d’ondes gravitationnelles développé à l’Institut d’astronomie des ondes gravitationnelles de l’Université de Birmingham. Cela leur a permis de mesurer à la fois le degré « d’ovale » de l’orbite (l’excentricité) et toute oscillation induite par la rotation (la précession). C’est la première fois que ces deux effets sont mesurés simultanément dans un événement impliquant une étoile à neutrons et un trou noir.
Geraint Pratten, boursier de recherche universitaire de la Royal Society à l’Université de Birmingham, a souligné : « L’orbite révèle tout. Sa forme elliptique juste avant la fusion montre que ce système n’a pas évolué tranquillement en isolement, mais a presque certainement été façonné par des interactions gravitationnelles avec d’autres étoiles, ou peut-être un troisième compagnon. »
Une analyse bayésienne comparant des milliers de prédictions théoriques aux données réelles a montré qu’une orbite circulaire est extrêmement improbable, l’excluant avec un niveau de confiance de 99,5 %.
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Les analyses passées de GW200105, qui supposaient une orbite circulaire, avaient sous-estimé la masse du trou noir et surestimé celle de l’étoile à neutrons. La nouvelle étude corrige ces valeurs et ne trouve aucune preuve convaincante de précession, indiquant que l’excentricité a été imprimée par la formation du système plutôt que par les rotations.
Gonzalo Morras, de l’Universidad Autónoma de Madrid et de l’Institut Max Planck pour la physique gravitationnelle, a affirmé : « C’est une preuve convaincante que toutes les paires étoile à neutrons-trou noir ne partagent pas la même origine. L’orbite excentrique suggère un lieu de naissance dans un environnement où de nombreuses étoiles interagissent gravitationnellement. »
Cette découverte contredit l’idée dominante selon laquelle toutes les fusions étoile à neutrons-trou noir proviennent d’un seul et même canal de formation majeur et souligne la nécessité de modèles de formes d’onde plus avancés, capables de saisir toute la complexité de ces systèmes.
L’étude aide à expliquer la diversité croissante observée dans les fusions de binaires compactes et ouvre la porte à l’identification de voies de formation encore plus inhabituelles à mesure que le nombre de détections d’ondes gravitationnelles continue d’augmenter.
Article : Orbital eccentricity in a neutron star – black hole merger – Journal : The Astrophysical Journal Letters – Méthode : Observational study
Source : Birmingham U.
