Fusion détoile à neutrons : un feu dartifice cosmique

Felicite Anouilh
Octobre 17, 2017

Le 17 août à 12h41 GMT, les deux détecteurs d'ondes gravitationnelles LIGO situés aux États-Unis captent un fort signal, très différent de ceux interceptés précédemment.

"Ce qui est merveilleux c'est que l'on a vu toute l'histoire se dérouler: on a vu les étoiles à neutrons se rapprocher, tourner de plus en vite l'une autour de l'autre, on a vu la collision, puis la matière, les débris envoyés partout", a expliqué à l'AFP Benoît Mours, directeur de recherche CNRS. C'est désormais chose faite grâce à deux étoiles à neutrons situées dans la constellation de l'Hydre à 130 millions d'années-lumière de la Terre.

Qu'est-ce qu'une étoile à neutrons?

On a ainsi enregistré cette évolution qui précède la collision des étoiles à neutrons.

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Ces étoiles sont des vestiges d'étoiles massives. D'où leur nom. Si ces étoiles constituent les plus petites connues à ce jour, elles affichent des masses record.

Une fois l'explosion terminée, il ne reste plus qu'un cœur très dense, composé presque uniquement de neutrons. De plus, le phénomène est relativement rare puisqu'il est produit par la fusion d'objets compacts tels que les trous noirs ou les étoiles à neutron et on estime qu'il s'en produit seulement un tous les 100 000 ans dans une galaxie. Selon les études, ces fusions d'étoiles à neutrons sont des "usines à éléments lourds", du fait de l'abondance de neutrons. Les éléments un peu plus lourds comme le fer, le carbone ou l'oxygène ont eux été fabriqués dans les noyaux d'étoiles.

Elles orbitent alors entre elles et se rapprochent lentement en perdant de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles, un phénomène qui finit par s'accélérer jusqu'à la fusion.

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Et ce n'est pas tout: quand elles se fracassent l'une sur l'autre, la théorie prévoyait qu'elles explosent dans ce qui est l'un des phénomènes les plus violents de l'Univers: "un sursaut gamma court". Les rayons gamma sont des photons très énergétiques produits notamment par des réactions nucléaires.

"Le fait de pouvoir l'observer démontre tout le progrès qu'on a fait". Ils ont analysé les données recueillies à l'aide du télescope spatial à rayons X Chandra de la NASA, en provenance de la source de l'onde gravitationnelle. Cela ne peut être une coïncidence! La preuve est faite: les sursauts gamma courts ont donc bien pour origine la coalescence d'étoiles à neutrons. Elles confirment aussi que la gravitation se propage bel et bien à la vitesse de la lumière, comme l'avait prédit Albert Einstein. Cette détection de la contrepartie optique d'une source d'ondes gravitationnelles est une première qui a mobilisé des chercheurs du monde entier et des instruments opérants à toutes les longueurs d'ondes, au sol et dans l'espace. Si les scientifiques arrivent à définir avec précision à quelle vitesse l'Univers grandit, il pourront également dans l'autre sens définir combien de temps il mettrait à totalement "rétrécir" jusqu'au big bang.

De plus, elles permettent de mesurer d'une nouvelle manière la constante de Hubble, qui décrit la vitesse d'expansion de l'univers. Une technique de calcul qui, si elle est confirmée, pourrait à terme mettre toute le monde d'accord.

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