Pendant des semaines, des rumeurs ont circulé selon lesquelles des scientifiques avaient détecté des ondes gravitationnelles - de minuscules ondulations dans l'espace et le temps - d'un nouveau type non associé à la collision de trous noirs. Et maintenant, nous avons reçu la confirmation finale que nous avons vu des ondes similaires produites par la violente collision de deux étoiles superdenses massives à 100 millions d'années-lumière de la Terre.
La découverte a été faite le 17 août par un réseau mondial d'interféromètres à ondes gravitationnelles avancés composé de deux détecteurs LIGO aux États-Unis et de leur cousine européenne Virgo en Italie. La découverte est extrêmement importante, notamment parce qu'elle aide à résoudre certains des plus grands mystères de l'astrophysique - y compris la cause des éruptions lumineuses connues sous le nom de «sursauts gamma» et peut-être même l'origine d'éléments lourds comme l'or.
Ensuite - à la première personne: Martin Hendry, professeur d'astronomie gravitationnelle et de cosmologie à l'Université de Glasgow.
En tant que membre de la collaboration de recherche LIGO, j'ai été ravi dès que j'ai vu les données brutes. La période suivante a été certainement la plus intense et la plus insomnie, mais aussi la plus excitante, en deux mois de ma carrière.
L'annonce intervient quelques semaines après que trois scientifiques ont reçu le prix Nobel de physique pour leurs travaux importants qui ont conduit à la découverte des ondes gravitationnelles, annoncées pour la première fois en février 2016. Depuis lors, la détection des ondes gravitationnelles des trous noirs en collision s'est rapprochée de nous - quatre autres événements similaires ont été enregistrés. Mais à notre connaissance, la collision des trous noirs n'ouvre qu'une fenêtre sur le côté obscur de l'univers. Nous ne pouvions capturer la lumière de tels événements avec aucun instrument.
Mais GW170817 - le titre de l'événement du 17 août - a tout changé. Parce que la source des vagues cette fois était deux «étoiles à neutrons» - des restes incroyablement denses d'étoiles de la taille d'une ville, chacune pesant plus que le soleil. Ces étoiles se précipitent l'une autour de l'autre à une vitesse gigantesque, puis se fondent dans une terrible collision, que nous avons vue, étourdissant le tissu même de l'espace et du temps.
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Énigmes résolues
Ce concert spatial n'était que le début. Les astronomes soupçonnent depuis longtemps que la fusion de deux étoiles à neutrons pourrait être une ouverture pour un court sursaut gamma - un puissant sursaut de rayons gamma qui émet plus d'énergie en une fraction de seconde que le soleil ne le fera en dix milliards d'années. Nous observons les rayons gamma depuis des décennies, mais nous ne savions pas ce qui les causait.
Cependant, à peine 1,7 seconde après l'arrivée des ondes gravitationnelles de GW170817 sur Terre, le satellite Fermi de la NASA a détecté une courte rafale de rayons gamma dans la même région du ciel. LIGO et Virgo ont trouvé un pistolet fumant, et le lien entre les collisions d'étoiles à neutrons et les courtes rafales de rayons gamma a finalement été établi.
Une combinaison d'observations d'ondes gravitationnelles et de rayons gamma a permis de déterminer la position de l'explosion cosmique avec une précision allant jusqu'à 30 degrés carrés du ciel - ou 100 fois plus grande que la pleine lune. Ceci, à son tour, a permis à une batterie entière de télescopes astronomiques, sensibles à la lumière de tout le spectre électromagnétique, de rechercher dans cette petite zone du ciel la rémanence de l'explosion. Et ils l'ont trouvé - à l'arrière de la galaxie plutôt modeste NGC4993, dans la constellation Hydra.
Dans les jours et les semaines suivants, les astronomes ont observé l'agonie, tandis que les braises de l'explosion clignotaient et s'éteignaient, se fondant magnifiquement dans une image décrivant le soi-disant «kilon». Il naît lorsque le matériau riche en particules subatomiques - les neutrons - de la fusion d'origine est éjecté à grande vitesse par un sursaut gamma. Tout cela est jeté dans l'espace environnant et conduit à la production d'éléments radioactifs lourds.
Les éléments instables se désintègrent alors à un état stable avec émission de rayonnement. Cela conduit à l'éclat de la kilonova, ce que nous avons confirmé en dressant une carte détaillée. Nos observations ont également soutenu la théorie selon laquelle les produits finaux stables de ces chaînes de réaction comprennent une abondance de métaux précieux tels que l'or et le platine. Alors que nous soupçonnions que les étoiles à neutrons ont joué un rôle clé dans la création de ces éléments dans l'espace, cette hypothèse semble maintenant beaucoup plus convaincante. En effet, la kilonova, qui s'est formée à partir des débris de GW170817, pourrait produire de l'or de la taille de la Terre entière - 1000 billions de tonnes.
En observant le kilonova «intime» pour la première fois et en voyant à quel point il s'intègre bien dans le storyboard astronomique en cours de déploiement qui a commencé avec la fusion d'une étoile à neutrons, les astronomes ont fait un énorme pas en avant dans la compréhension de ces événements cosmiques brutaux.
L'idée que nous sommes tous faits de poussière d'étoiles est incroyablement populaire dans la conscience culturelle - partout, des documentaires aux paroles de chansons. Mais le concept ahurissant selon lequel l'or de nos alliances et de nos montres Rolex est fabriqué à partir de poussière d'étoile neutronique est encore plus intéressant. Encore plus excitant est l'énorme potentiel qui s'ouvre dans de nouvelles approches radicales de l'exploration spatiale.
En travaillant ensemble - en utilisant des instruments qui non seulement fonctionnent sur tout le spectre de la lumière, mais qui sont également sensibles aux ondes gravitationnelles et même aux neutrinos - les astronomes sont prêts à ouvrir une toute nouvelle fenêtre sur l'univers. Par exemple, ils ont déjà utilisé leurs observations pour effectuer la première mesure conjointe du taux d'expansion de l'univers en utilisant à la fois les ondes gravitationnelles et la lumière.
De nouveaux résultats suivront sous peu. Avec cette explosion, une nouvelle ère passionnante de l'astronomie multijoueur ne fait que commencer.
Ilya Khel
