Les conséquences de GW170817: étoile à neutrons ou trou noir?

Lorsque deux étoiles à neutrons ont fusionné en août de l'année dernière, ce qui a permis la première détection simultanée d'ondes gravitationnelles et de signaux électromagnétiques. Nous savions que cet événement allait jeter un nouvel éclairage sur les fusions d'objets compacts.

Une équipe de scientifiques dit que nous avons maintenant une réponse à l’un des plus grands mystères de GW170817: après la collision des étoiles à neutrons, quel objet a été formé?

Illustration de l'artiste de la fusion de deux étoiles à neutrons. Une nouvelle étude suggère que la fusion étoile à neutrons détectée en août 2017 aurait pu produire un trou noir.
NASA / CXC / M.Weiss

Une division floue

Illustration de l'artiste du trou noir résultant de GW170817. Une partie du matériau s'accumulant sur le trou noir est projetée dans un jet collimaté étroit.
NASA / CXC / M.Weiss

D'après les observations par ondes gravitationnelles, nous savons que deux étoiles à neutrons d'environ 1, 48 et 1, 26 masses solaires ont été fusionnées dans GW170817. Mais le résultat - un objet d'environ 2, 7 masses solaires - n'a pas d'identité définitive; le reste formé lors de la fusion est soit l'étoile à neutrons la plus massive que l'on connaisse, soit le trou noir le moins massif connu.

La division de masse théorique entre les étoiles à neutrons et les trous noirs est floue, en fonction du modèle que vous utilisez pour décrire la physique de ces objets. Les observations sont également insuffisantes: l'étoile à neutrons la plus massive qui soit est connue est peut-être 2, 3 masses solaires, et le trou noir le moins massif a peut-être 4 ou 5, laissant l'emplacement de la ligne de démarcation peu clair. Pour cette raison, déterminer la nature du résidu de GW170817 est une cible importante alors que nous analysons les observations passées du résidu et continuons d’en faire de nouvelles.

Images Chandra du champ de GW170817 au cours de trois époques distinctes. Chaque image mesure 30 x 30.
Adapté de Pooley et al. 2018

Heureusement, il ne faudra peut-être pas attendre longtemps! Sous la direction de David Pooley (Université Trinity et Eureka Scientific, Inc.), une équipe de scientifiques a obtenu de nouvelles observations à la radiographie Chandra du reste de GW170817. En combinant ces nouvelles données avec des observations antérieures, les auteurs ont tiré des conclusions sur les objets laissés sur place après cette fusion fatidique.

Les rayons X fournissent des réponses

Les rayons X sont générés lors de la fusion de deux étoiles à neutrons lorsque l’onde de choc de la fusion se dilate et s’infiltre dans le milieu interstellaire environnant. La première détection par rayons X de GW170817 environ 9 jours après la fusion a probablement indiqué le moment où cette interaction a commencé. Les émissions de rayons X de GW170817 ont continué de croître au cours des 100 premiers jours suivant la fusion, ce qui devrait se produire étant donné que le choc continue de s’étendre.

Toutefois, si la fusion avait produit une étoile à neutrons, il devrait exister une source supplémentaire de rayonnement X outre le choc: l’étoile à neutrons elle-même. À ce jour, cette émission aurait dû commencer à dominer celle du choc qui se propageait. Au lieu de cela, Pooley et ses collaborateurs ont constaté que le flux de rayons X observé par GW170817 était nettement inférieur à ce qui était nécessaire pour justifier la présence d’une étoile à neutrons en rotation hautement magnétisée. Pour cette raison, les auteurs concluent que GW170817 a probablement provoqué un trou noir.

Confirmation future

Comment peut-on être sûr? Pooley et ses collaborateurs soulignent que nous pouvons confirmer cette théorie simplement en observant GW170817 pendant une autre année. Vers cette époque, l’énergie libérée par la rotation d’une étoile à neutrons centrale rattrapait le front de choc en décélération, ce qui provoquait un éclaircissement dramatique du flux de rayons X de GW170817.

Si nous ne voyons pas cet éclaircissement, les auteurs soutiennent que nous pouvons conclure avec certitude que le reste de GW170817 est un trou noir. Quoi qu’il en soit, les observations continues de ce reste fourniront une mine d’informations sur la physique des fusions, des chocs et des sorties que nous pouvons espérer exploiter pour les années à venir.

Citation

David Pooley et al 2018 ApJL 859 L23. doi: 10.3847 / 2041-8213 / aac3d6


Ce poste a été publié à l'origine sur AAS Nova, qui présente les points saillants des recherches effectuées dans les journaux de l'American Astronomical Society.