GW170817
Mesures de la collaboration LIGO-Virgo du signal GW170817.
Détection
Date de détection	17 août 2017
Publication des résultats	16 octobre 2017
Détecté par	LIGO Virgo
Données
Source	coalescence de deux étoiles à neutrons
Durée du signal	100 s
Décalage vers le rouge (z)	0,008+0,002 −0,003
Énergie totale libérée (Erad)	> 0,025 M${\displaystyle \odot }$c2
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La fusion de deux étoiles à neutrons a été détectée le 17 août 2017 au sein de la galaxie NGC 4993, tant sous forme d'ondes gravitationnelles que sous forme lumineuse.

Au total, outre LIGO et Virgo, ce sont quelque 70 observatoires, au sol et dans l'espace, qui ont participé au suivi de l'évènement. C'est la première détection d'ondes gravitationnelles pour laquelle une contrepartie électromagnétique a été détectée. Cette détection renforce l'hypothèse selon laquelle les sursauts gamma, ou au moins une partie d'entre eux, sont le résultat de la fusion de deux étoiles à neutrons.

Informations^[1]

Masse de la première étoile à neutrons	1,36 à 1,60 ${\displaystyle M_{\odot }}$ (hypothèse d'une valeur faible pour le spin)
Masse de la seconde étoile à neutrons	1,17 à 1,36 ${\displaystyle M_{\odot }}$ (hypothèse d'une valeur faible pour le spin)
Rayon des deux étoiles à neutrons[2]	11,9+1,4 −1,4 km
Masse finale	2,74+0,04 −0,01 ${\displaystyle M_{\odot }}$ (hypothèse d'une valeur faible pour le spin)
Énergie rayonnée sous forme d'ondes gravitationnelles	> 0,025 ${\displaystyle M_{\odot }c^{2}}$
Distance de la source	40+8 −14 Mpc
Redshift de la source	0,008+0,002 −0,003

GW170817 est le nom du signal attribué à une observation directe d’ondes gravitationnelles annoncée le 16 octobre 2017 par les collaborations LIGO et Virgo. La détection du signal a été effectuée le 17 août 2017 à 12 h 41 UTC sur les trois sites, et a duré près de 100 s. L'analyse du signal indique la fusion de deux astres de 1,1 à 1,6 masse solaire (des masses typiques d'étoiles à neutrons)^[3],[4].

Un sursaut gamma (GRB 170817A) associé à l'onde gravitationnelle a été détecté environ 1,74 ± 0,05 seconde après le début du signal d'ondes gravitationnelles^[4] issu de la coalescence des deux astres par le Fermi Gamma-ray Space Telescope, avec l'instrument GBM, et l'International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL), avec SPI-ACS. Le signal correspond à la première observation de la coalescence de deux étoiles à neutrons^[1].

L'observation détaillée des ondes radio rémanentes — à l'aide des radiotélescopes VLA et VLBA — a permis à une équipe d'astrophysiciens du Caltech de confirmer que le phénomène à l'origine de l'ensemble des signaux correspondait au scénario d'une fusion d'étoiles à neutrons^[5].

AT 2017gfo est un évènement astronomique transitoire. Il a tout d'abord été détecté par le Swope Supernova Survey (en) (SSS), environ 10,9 heures après le signal d'ondes gravitationnelles^[6], qui l'a répertorié sous la désignation SSS 17a avant qu'il ne reçoive sa désignation officielle de l'Union astronomique internationale, AT 2017gfo^[7]. L'évènement a aussi été observé par le relevé de supernovas Distance Less Than 40 Megaparsecs (DLT40) et répertorié sous la désignation DLT17ck^[8]. Étant donné sa rareté et sa proximité spatio-temporelle avec GW170817, AT 2017gfo est très probablement issu de la même fusion d'étoiles à neutrons (la probabilité que les deux ne soient pas liés est estimée inférieure à 10^-9)^[9].

Au moment de sa découverte, l'évènement transitoire possède une magnitude absolue de −15,8 ± 0,1, passant probablement par un pic entre 11 et 35 heures après observation du signal d'ondes gravitationnelles puis diminuant rapidement (près d'une magnitude de moins 35 heures après la première observation)^[8]. Son spectre est également singulier, avec une évolution rapide vers le rouge et peu de motifs discernables relativement aux autres évènements astronomiques transitoires observés jusqu'alors^[9]. Ainsi, au moment de sa découverte, AT 2017gfo est la kilonova à l'évolution la plus rapide connue^[8].

Étant donné une masse estimée à 2,74 masses solaires pour l'objet résultant de la fusion, sa nature est indéterminée. Si c'est une étoile à neutrons, il s'agit de la plus massive connue ; à l'inverse, si c'est un trou noir, il s'agit du moins massif connu^[10]. Des observations du télescope spatial Chandra réalisées entre août 2017 et janvier 2018 révèlent que le flux de rayons X provenant de la source serait faible pour une étoile à neutrons, tendant à montrer qu'il s'agirait d'un trou noir^[11]. Des observations effectuées conjointement par 32 radiotélescopes et combinées par interférométrie ont pu montrer que la fusion a été suivie d'un jet de matière relativiste et étroit^[12]; de tels jets n'ont jusqu'à présent été observés qu'aux abords de trous noirs.

Les spectres ultraviolet, visible et proche infrarouge de la contrepartie électromagnétique de l'événement montrent qu'un minimum d'environ 0,5 ± 0,2 masse solaire d'éléments a été produit par le processus r, semblant indiquer qu'une part significative des éléments lourds est produite par fusion d'étoiles à neutrons^[13],[14]. L'événement du 17 août 2017 est ainsi la première observation directe que les fusions d'étoiles à neutrons participent activement à la nucléosynthèse^[15]. Par ailleurs, la détection de lanthanides dans le spectre de la contrepartie électromagnétique rejette l'hypothèse de la fusion d'un système binaire d'étoiles étranges^[14].

Cet événement étant le premier de sa catégorie à être observé, le taux d'apparition d'événements semblables est difficile à estimer. Cependant, une limite supérieure au taux d'apparition d'événements transitoires similaires à AT 2017gfo a été déterminée à 1,6 × 10⁵ Gpc⁻³ a^{−1 [9]}.

La mesure de la vitesse des ondes gravitationnelles exclut de nombreuses théories de gravitation modifiée comme explication de l’accélération cosmique^[16],[17]. GW170817 et GRB 170817A permettent en effet de restreindre le rapport ${\displaystyle \sigma ={\frac {c-v}{c}}}$ avec ${\displaystyle v}$ et ${\displaystyle c}$ respectivement les vitesses des ondes gravitationnelles et de la lumière dans le vide entre environ -4,3 × 10⁻¹⁶ et 10⁻¹¹ en considérant la vitesse des ondes gravitationnelles constante^[14].

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

Articles scientifiques

L'ensemble des articles publiés à l'occasion de l'annonce du 16 octobre 2017 sont compilés sur cette page.

• [Abbott et al. 2017] (en) B. P. Abbott et al., « GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral », Physical Review Letters, vol. 119, n^o 16,‎ 16 octobre 2017 (ISSN 0031-9007 et 1079-7114, DOI 10.1103/physrevlett.119.161101, lire en ligne). 
• Albert et al. 2017
• [Coulter et al. 2017] (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,‎ 16 octobre 2017, eaap9811 (ISSN 0036-8075 et 1095-9203, PMID 29038368, DOI 10.1126/science.aap9811, lire en ligne, consulté le 17 octobre 2017). 
• [Covino et al. 2017] Covino et al., « The unpolarized macronova associated with the gravita- tional wave event GW 170817 », ?,‎ publié le 16 octobre 2017 (lire en ligne)
• [Drout et al. 2017] (en) M. R. Drout, A. L. Piro, B. J. Shappee et C. D. Kilpatrick, « Light curves of the neutron star merger GW170817/SSS17a: Implications for r-process nucleosynthesis », Science,‎ 16 octobre 2017, eaaq0049 (ISSN 0036-8075 et 1095-9203, PMID 29038375, DOI 10.1126/science.aaq0049, lire en ligne, consulté le 17 octobre 2017). 
• [Hjorth et al. 2017] Hjorth et al., « The distance to NGC 4993 – the host galaxy of the gravitational wave event GW 170817 », ?,‎ publié le 16 octobre 2017 (lire en ligne)
• [Levan et al. 2017] Levan et al., « The environment of the binary neutron star merger GW170817 », ?,‎ publié le 16 octobre 2017 (lire en ligne)
• [Pian et al. 2017] (en) Pian et al., « Spectroscopic identification of r-process nucleosynthesis in a double neutron star merger », ?,‎ publié le 16 octobre 2017 (lire en ligne).
• [Siebert et al. 2017] (en) Matthew R. Siebert, Ryan J. Foley, Maria R. Drout, Charles D. Kilpatrick, B. J. Shappee, D. A. Coulter, D. Kasen, B. F. Madore, A. Murguia-Berthier, Y.-C. Pan, A. L. Piro, J. X. Prochaska, E. Ramirez-Ruiz, A. Rest, C. Contreras, N. Morrell, C. Rojas-Bravo et J. D. Simon, « The Unprecedented Properties of the First Electromagnetic Counterpart to a Gravitational Wave Source », The Astrophysical Journal, vol. 848, n^o 2,‎ 16 octobre 2017, p. L26 (ISSN 2041-8213, DOI 10.3847/2041-8213/aa905e, lire en ligne, consulté le 18 octobre 2017). 
• [Smartt et al. 2017] Smartt et al., « The electromagnetic counterpart to a gravitational wave source unveils a kilonova », ?,‎ publié le 16 octobre 2017 (lire en ligne)
• [Tanvir et al. 2017] Tanvir et al., « The emergence of a lanthanide-rich kilonova following the merger of two neutron stars », ?,‎ publié le 16 octobre 2017 (lire en ligne).
• [Valenti et al. 2017] (en) Stefano Valenti, J. Sand David, Sheng Yang, Enrico Cappellaro, Leonardo Tartaglia, Alessandra Corsi, Saurabh W. Jha, Daniel E. Reichart, Joshua Haislip et Vladimir Kouprianov, « The Discovery of the Electromagnetic Counterpart of GW170817: Kilonova AT 2017gfo/DLT17ck », The Astrophysical Journal Letters, vol. 848, n^o 2,‎ 2017, p. L24 (ISSN 2041-8205, DOI 10.3847/2041-8213/aa8edf, lire en ligne, consulté le 17 octobre 2017). 

Communiqués de presse institutionnels

• (en) « LIGO and Virgo make first détection of gravitational waves produced by colliding neutron stars » [« LIGO et Virgo font la première détection d'ondes gravitationnelles produites par la collision d'étoiles à neutrons »], Media Assets, California Institute of Technology,‎ 16 octobre 2017 (lire en ligne)
• Carnegie Institution for Science
• (en) « Integral sees blast travelling with gravitational waves » [« Integral voit l'explosion voyageant avec les ondes gravitationnelles »], Our Activities > Space Science, Agence spatiale européenne,‎ 16 octobre 2017 (lire en ligne)
• « Les télescopes de l’ESO détectent la toute première lumière issue d’une source d’ondes gravitationnelles », Communiqué de presse scientifique, Observatoire européen austral, n^o eso1733fr,‎ 16 octobre 2017 (lire en ligne)
• LIGO
• « Les ondes gravitationnelles, nouvel instrument de recherche », Communiqués de presse, Université de Genève,‎ 16 octobre 2017 (lire en ligne)

Vidéos

• [vidéo] Collision de deux étoiles à neutrons – Merger animation, Université de Genève, 16 octobre 2017.

Bases de données

• (en) « AT 2017gfo », Transient Name Server, Union astronomique internationale, groupe de travail sur les supernovas,‎ 2017 (lire en ligne). 

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