Avalée et déchirée par un trou noir, cette étoile à neutrons pourrait nous révéler ses entrailles

Si des collisions d’étoiles à neutrons et des collisions de trous noirs ont déjà été détectées, ce n’était pas encore le cas pour une collision entre une étoile à neutrons et un trou noir. Il y a quelques mois, les scientifiques avaient pourtant bien cru assister à un tel événement, mais les signaux étaient si faibles qu’ils ont été finalement classés comme relevant d’une fausse alerte. Une toute nouvelle détection a eu lieu à la mi-août 2019, et cette fois-ci, cela pourrait être la bonne.

L’événement cosmique a été repéré par la collaboration des équipes de LIGO et de VIRGO, deux infrastructures dédiées à la détection d’ondes gravitationnelles. Ces dernières correspondent à des perturbations de l’espace-temps sous forme d’oscillations. Elles sont provoquées par des objets lourds qui, en changeant de vitesse, génèrent une accélération soudaine de masse. Cette rupture crée une sorte d’écho ondulatoire. Les interféromètres utilisés par Ligo et Virgo permettent de les repérer et de les analyser, ce qui est très utile notamment pour la compréhension des trous noirs.

Modélisation de la potentielle fusion entre un trou noir et une étoile à neutrons.

Source : Dana Berry/NASA

Autopsie d’une étoile à neutrons

Le taux de probabilité que les ondes gravitationnelles détectées par LIGO et VIRGO relèvent bel et bien d’une collision entre un trou noir et une étoile à neutrons a été évalué à 99 % (contre 13 % pour le cas enregistré précédemment). Nommée « s190814bv », la collision se serait produite dans une galaxie située à 900 millions d’année-lumière de distance.

« Nous aimerions pouvoir observer un trou noir en train de déchirer une étoile à neutrons lors de leur fusion », confie la physicienne Susan Scott à ScienceAlert. Les étoiles à neutrons sont le résultat de l’effondrement d’une étoile massive, ce qui en fait l’un des objets les plus denses de l’Univers. Si la détection se confirme, cette toute première observation d’une telle collision permettra aux scientifiques d’observer les « entrailles » de l’étoile grâce au déchirement provoqué par le trou. C’est ordinairement très compliqué, à cause de la forte densité de ce type d’étoiles.

Les équipes de Ligo et Virgo ont donc les yeux rivés sur les instruments, dans le but de détecter de la lumière… ou, plus précisément, les radiations électromagnétiques, puisqu’elles contiennent des données pertinentes à analyser pour en savoir plus sur leurs sources. « C’est comme la veille de Noël. J’attends de voir ce qu’il y aura sous l’arbre », s’enthousiasme l’astronome Ryan Foley dans ScienceAlert.

Vue d'artiste d'une étoile à neutrons.

Source : Kevin Gill

Selon lui, l’une des hypothèses les plus probables est que « si le trou noir est bien plus massif que l’étoile à neutrons, alors lorsqu’ils fusionnent, l’étoile sera déchirée au sein même de l’horizon des événements du trou noir ! Dans ce cas, énormément de lumière sera générée, mais pas un seul rayon ne s’en échappera pour qu’on puisse le voir. C’est le plus proche possible de la science-fiction. »

En clair, le problème est que si le trou noir est trop massif par rapport à l’étoile à neutrons, elle sera directement avalée par le trou noir. Le déchirement de l’étoile devrait alors avoir lieu au sein même de l’horizon des événements. Or, rien ne peut s’en échapper, donc les astronomes ne pourront observer aucune lumière. Pour autant, il y a une chance pour que la collision se soit faite en deux phases et que l’étoile à neutrons se soit déchirée à l’approche du trou noir, avant d’être avalée. Si c’est le cas, une partie de la lumière a pu s’échapper et pourra potentiellement être observée.

Quels que soient les résultats finaux, cette observation reste unique et étrange. Elle est donc très excitante pour les scientifiques. L’astrophysicien Karan Jani, spécialisé dans les trous noirs, s’est par exemple réjouit de la potentielle découverte sur Twitter.