La première détection directe d’ondes gravitationnelles par les détecteurs LIGO en 2015 marqua l’aube d’une nouvelle ère pour l’astronomie. Depuis, de nombreuses autres détections d’ondes gravitationnelles ont été faites, provenant de différents types de fusions de systèmes binaires d’astres compacts, systèmes composés d’étoiles à neutrons et/ou de trous noirs. Pour GW230529, malgré le fait que seul un des détecteurs (LIGO-Livingston) a produit des données utilisables au moment de l’événement, les techniques et méthodes d’analyse poussées tel que le filtrage adapté ont permis de l’identifier clairement.
Illustration montrant les composantes de certains évènements d’ondes gravitationnelles qui se trouvent dans, ou proche de, la région de 3 à 5 masses solaires, aussi appelée « mass gap ». Les cercles bleu clair représentent les sources qui sont des étoiles à neutrons, les cercles noirs représentent les sources qui sont des trous noirs, et les cercles noirs avec un point d’interrogation indiquent les sources qui sont probablement des trous noirs mais qui sont aussi possiblement des étoiles à neutrons. L’astre le plus massif de GW230529 est situé dans cet intervalle de masse.
Crédits : S. Galaudage, Observatoire de la Côte d’Azur.
Depuis plusieurs années les scientifiques pensent qu’il n’existe pas d’astre compact (ni étoile à neutrons, ni trou noir) dans un intervalle de masse entre 3 masses solaires et 5 masses solaires, appelé le mass gap
. La raison en est que les étoiles à neutrons ont une masse maximale autour de 3 masses solaires et que la formation d’un trou noir stellaire avec une masse aussi faible est difficile. Avec une masse estimée à environ 3.6 masses solaires de l’objet le plus massif, GW230529 est le premier candidat pour un système binaire avec une composante dans ce mass gap
. Étant donné notre compréhension actuelle des populations d’étoiles à neutrons et trous noirs, cette masse est compatible (avec une probabilité de 99%) avec un trou noir. Toutefois, la probabilité que ce soit une étoile à neutrons est faible mais non nulle. Ainsi, nous ne pouvons pas exclure avec certitude le scénario où cette composante est une étoile à neutrons. En revanche, le second objet de GW230529, dont la masse a 90% de chance de se trouver entre 1.2 masses solaires et 2.0 masses solaires, est très probablement une étoile à neutrons. Grâce à une composante se trouvant très probablement dans le mass gap
, GW230529 est une excellente observation pour raffiner nos modèles d’évolution et fin de vie des étoiles normales
(séquence principale).
Le processus de formation de GW230529 est assez incertain. Les connaissances actuelles des supernovas gravitationnelles défavorisent ce scénario comme étant à l’origine de la composante inconnue à cause de sa masse. Un scénario plus plausible est une formation par retombée, où un trou noir se forme après la supernova via l’accrétion de matière résiduelle. A ce jour les modèles numériques de ces processus sont toujours sujets à de fortes incertitudes, rendant difficile la détermination précise des limites des masses des étoiles à neutrons et trous noirs. GW230529 est par conséquent un atout précieux pour contraindre ces modèles.
Un autre scénario possible pour la formation de cet astre dans le mass gap
est au travers d’une fusion d’étoiles à neutrons. On peut imaginer dans ce cas que l’autre astre de GW230529 serait le membre d’un ancien système triple. Enfin une dernière possibilité est que cet autre astre ait été capturé par l’objet inconnu lorsqu’il évoluait dans un jeune amas stellaire ou un noyau actif de galaxie. Nous ne pouvons pas non plus exclure une origine non-stellaire telle qu’un trou noir primordial, formé au début de l’Univers.
Des membres de l’équipe LUTH-Caen à l’intérieur de la collaboration Virgo ont contribué à la validation des analyses sur la détection de cet événement par la collaboration LVK.
Contact : Jérôme Novak, Micaela Oertel, Lami Suleiman
For more information :
https://www.ligo.org/science/GW-GW2.php
https://www.ligo.org/science/GW-GW2.php
https://dcc.ligo.org/P2300352/public/
