Fusion d'étoiles à neutrons

17 août 2017 : détection d'une onde gravitationnelle émise par la fusion de deux étoiles à neutrons (évènement GW170817)[1],[2],[3] (vue d'artiste, vidéo de 23 s).

Une fusion d'étoiles à neutrons est un type particulier de collision stellaire. Elle génère des ondes gravitationnelles et des sursauts gamma, et produit par processus r des noyaux atomiques lourds (de numéro atomique supérieur à celui du fer).

Théorie

La fusion de deux étoiles à neutrons se produit de la même façon que la collision de deux naines blanches (à l'origine d'une petite fraction des supernovas de type Ia). Lorsque deux étoiles à neutrons sont en orbite l'une autour de l'autre à faible distance mutuelle, cette distance diminue au cours du temps en raison du rayonnement gravitationnel. Les deux étoiles finissent par se rencontrer et fusionner en émettant de la matière et des photons. Ce qui reste des deux étoiles devient une étoile à neutrons plus massive ou un trou noir, selon que la masse de ce reste est inférieure ou non à la limite d'Oppenheimer-Volkoff (encore mal connue).

La fusion de deux étoiles à neutrons génère, en l'espace d'une ou deux millisecondes, un champ magnétique des billions[a] de fois plus intense que le champ magnétique terrestre. Cet évènement est probablement à l'origine des sursauts gamma de courte durée[4]. On pense aussi que les fusions d'étoiles à neutrons produisent des kilonovas, qui sont des sources transitoires de rayonnement électromagnétique à plus grandes longueurs d'onde, dû à la désintégration radioactive des noyaux lourds produits par processus r au cours du processus de fusion[5].

De plus, l'abondance d'éléments lourds observée tels que le curium, l'uranium, l'or ou le plutonium aux débuts du système solaire pourrait être due à une fusion d'étoiles à neutrons aux alentours de 1 000 al de la nébuleuse protosolaire et qui aurait eu lieu près de 80 millions d'années avant la formation du Soleil[6].

Observation

Le 17 août 2017, la collaboration LIGO/Virgo détecte un train d'ondes gravitationnelles[7],[8] attribué à la fusion de deux étoiles à neutrons dans NGC 4993, une galaxie elliptique de la constellation de l'Hydre. Cet évènement, dénommé GW170817, semble lié à deux évènements astronomiques transitoires[9],[10],[1],[2],[3],[11], ce qui en fait un exemple d'astronomie multimessager :

Des simulations numériques effectuées en 2020 indiqueraient qu'il serait possible de détecter des signes avant-coureurs de telles fusions sous forme d'ondes radio dues à l'interaction des deux magnétosphères, ce qui permettrait d'anticiper les observations du phénomène[12].

Notes et références

Notes

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Neutron star merger » (voir la liste des auteurs).
  1. ↑ Un billion = mille milliards (1012), en échelle longue.

Références

  1. ↑ a et b (en) Adrian Cho, « Merging neutron stars generate gravitational waves and a celestial light show », Science,‎ (lire en ligne).
  2. ↑ a et b (en) Elizabeth Landau, Felicia Chou, Dewayne Washington et Molly Dewayne, « NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event », sur NASA, .
  3. ↑ a et b (en) Dennis Overbye, « LIGO Detects Fierce Collision of Neutron Stars for the First Time », sur The New York Times, .
  4. ↑ (en) Stephan Rosswog, « Astrophysics: Radioactive glow as a smoking gun », Nature, vol. 500, no 7464,‎ , p. 535-536 (PMID 23985867, DOI 10.1038/500535a, Bibcode 2013Natur.500..535R).
  5. ↑ (en) N. R. Tanvir, A. J. Levan, A. S. Fruchter, J. Hjorth, R. A. Hounsell, K. Wiersema et R. L. Tunnicliffe, « A 'kilonova' associated with the short-duration γ-ray burst GRB 130603B », Nature, vol. 500, no 7464,‎ , p. 547-549 (PMID 23912055, DOI 10.1038/nature12505, Bibcode 2013Natur.500..547T, arXiv 1306.4971).
  6. ↑ (en) Imre Bartos et Szabolcs Marka, « A nearby neutron-star merger explains the actinide abundances in the early Solar System », Nature, vol. 569,‎ (lire en ligne).
  7. ↑ (en) B. P. Abbott et al., « GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral », Physical Review Letters, vol. 119, no 16,‎ (DOI 10.1103/PhysRevLett.119.161101).
  8. ↑ (en) Nathaniel Scharping, « Gravitational Waves Show How Fast The Universe is Expanding », Astronomy,‎ (lire en ligne).
  9. ↑ (en) B. P. Abbott et al., « Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger », The Astrophysical Journal, vol. 848, no 2,‎ , p. L12 (DOI 10.3847/2041-8213/aa91c9, arXiv 1710.05833, lire en ligne) :

    « The optical and near-infrared spectra over these few days provided convincing arguments that this transient was unlike any other discovered in extensive optical wide-field surveys over the past decade »

    .
  10. ↑ (en) D. A. Coulter, R. J. Foley, C. D. Kilpatrick, M. R. Drout, A. L. Piro, B. J. Shappee, M. R. Siebert, J. D. Simon, N. Ulloa, D. Kasen, B. F. Madore, A. Murguia-Berthier, Y.-C. Pan, J. X. Prochaska, E. Ramirez-Ruiz, A. Rest et C. Rojas-Bravo, « Swope Supernova Survey 2017a (SSS17a), the optical counterpart to a gravitational wave source », Science,‎ , eaap9811 (ISSN 0036-8075 et 1095-9203, PMID 29038368, DOI 10.1126/science.aap9811, lire en ligne, consulté le ).
  11. ↑ (en) Lisa M. Krieger, « A Bright Light Seen Across The Universe, Proving Einstein Right - Violent collisions source of our gold, silver », sur The Mercury News, .
  12. ↑ (en) Elias R. Most et Alexander A. Philippov, « Electromagnetic Precursors to Gravitational-wave Events: Numerical Simulations of Flaring in Pre-merger Binary Neutron Star Magnetospheres », The Astrophysical Journal Letters, vol. 893, no 1,‎ (lire en ligne), accès libre.

Voir aussi