Une collision d'étoiles qui ouvre une nouvelle ère en astronomie

Pour la première fois, des astrophysiciens ont observé des ondes gravitationnelles émises lors de la fusion de deux étoiles à neutrons.

Un texte d'Alain Labelle

L'événement cosmique a été suivi par des dizaines de télescopes terrestres et spatiaux et analysé par des centaines de scientifiques qui ont ainsi obtenu des réponses à plusieurs questions, notamment sur la provenance des éléments lourds de l'Univers.

L’aventure commence le 17 août 2017 à 8 h 41 par l'observation d'un signal d'ondes gravitationnelles d'un nouveau genre par des scientifiques de la collaboration internationale LIGO-Virgo.

Cette fois, le signal détecté est bien plus long que dans le cas de la fusion de trous noirs (une centaine de secondes contre une fraction de seconde), signe que les deux objets qui finissent par fusionner sont différents de ceux décelés jusqu'à présent, comme lors de la première détection survenue en 2015.

Il s'agit, de fait, d'étoiles à neutrons, comme l'a démontré par la suite l'analyse des données recueillies, suivant lesquelles la masse respective des deux objets est comprise entre 1,1et 1,6 fois la masse du Soleil.

Ce qui est merveilleux, c'est que l'on a vu toute l'histoire se dérouler: on a vu les étoiles à neutrons se rapprocher, tourner de plus en plus vite l'une autour de l'autre; on a vu la collision, puis la matière, les débris envoyés partout.

La vidéo qui suit montre une représentation du phénomène observé.

Dans les heures, les jours et les semaines suivantes, pas moins de 70 observatoires terrestres et spatiaux ont suivi cette source d'ondes gravitationnelles, donnant naissance à une série d'articles scientifiques détaillant différents aspects du phénomène observé.

Dorénavant, les chercheurs en savent non seulement davantage sur la fusion violente des étoiles à neutrons, un phénomène encore jamais observé, mais ils ont résolu la question de l'origine des éléments lourds et ont pu calculer la vitesse de l'expansion de l'univers.

Que sont les étoiles à neutrons?

Ces étoiles sont des vestiges d'étoiles massives. Une étoile géante meurt en explosant, menant ainsi à la naissance d’une supernova. Ce phénomène extrêmement lumineux ne dure que de quelques jours à quelques semaines.

Une fois l'explosion terminée, il ne reste plus qu'un cœur très dense, composé presque uniquement de neutrons.

Ces étoiles à neutrons sont les étoiles les plus petites et les plus denses connues à ce jour.

Tout comme les étoiles ordinaires dont elles sont issues, certaines évoluent en couple.

Elles orbitent alors entre elles et se rapprochent lentement en perdant de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles, un phénomène qui finit par s'accélérer jusqu'à la fusion.

Si ce scénario était prédit par les modèles, c'est la première fois qu'il est confirmé par l'observation.

Théories confirmées

Selon les théories, la matière éjectée par la fusion de deux étoiles à neutrons est le siège de réactions nucléaires aboutissant à la formation de noyaux atomiques plus lourds que le fer (comme l'or, le plomb, etc.), grâce à l'abondance de neutrons.

Cette matière très chaude et radioactive se disperse alors, émettant de la lumière dans toutes les longueurs d'onde, initialement très bleue, puis rougissant au fur et à mesure que la matière refroidit en se dispersant. Appelé kilonova, ce phénomène jusqu'ici uniquement prédit par la théorie est maintenant confirmé.

Les astrophysiciens ont réussi à observer ce qui est sans doute le principal processus de formation des éléments chimiques les plus lourds de l'univers, comme le plomb, l'or ou le platine. Selon les études, ces fusions d'étoiles à neutrons sont des « usines à éléments lourds », en raison de l'abondance de neutrons.

En outre, les observations permettent également de mieux comprendre la physique des étoiles à neutrons et d'éliminer certains modèles théoriques extrêmes.

De plus, elles permettent de mesurer d'une nouvelle manière la constante de Hubble, qui décrit la vitesse d'expansion de l'univers. Elles confirment aussi que la gravitation se propage bel et bien à la vitesse de la lumière, comme l'avait prédit Albert Einstein.

Des chercheurs montréalais de l’Université McGill ont participé à l’effort international. Ils ont analysé les données recueillies à l’aide du télescope spatial à rayons X Chandra de la NASA, en provenance de la source de l’onde gravitationnelle.

Avec les informations de Agence France-Presse