Les “cocons” de débris qui entourent les étoiles mourantes semblent capables de créer de minuscules ondulations dans l’espace-temps.
Jusqu’à présent, les astronomes n’ont détecté que ces ondulations, connues sous le nom de ondes gravitationnelleslorsqu’ils ont été déclenchés par des fusions cataclysmiques de paires de trous noirs en orbite, étoiles à neutrons ou une combinaison des deux. Alors que ces objets très denses tournent les uns vers les autres dans une danse cosmique qui s’étend sur des millions d’années, ils déforment le tissu de l’espace et du temps, envoyant des ondes gravitationnelles dans le processus.
Maintenant, de nouvelles recherches montrent que ces ondulations spatio-temporelles insaisissables sont également émises par les membres solos de l’univers – en particulier des étoiles massives qui s’effondrent sur elles-mêmes après avoir manqué de carburant, et que ces signaux peuvent même être suffisamment puissants pour être captés par des instruments sur Terre.
Selon une nouvelle étude, lorsque des étoiles incroyablement denses sont environ 20 à 40 fois plus massives que le soleil – celles qui s’effondrent pour former trous noirs — explosent à la fin de leur vie, leur matière stellaire forme un “cocon” de débris semblable à un nuage, qui est “une source potentielle d’ondes gravitationnelles qui n’a jamais été étudiée auparavant”, Ore Gottlieb, astrophysicien théorique des hautes énergies à Northwestern L’université qui a dirigé l’étude, a déclaré lundi 5 juin lors de la 242e réunion de l’American Astronomical Society qui se tient à Albuquerque et en ligne.
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Alors que les systèmes binaires comme les trous noirs en orbite émettent des ondes gravitationnelles semblables à un orchestre jouant harmoniquement, les cocons de débris stellaires autour des étoiles massives qui explosent émettent des signaux très incohérents, a déclaré Gottlieb. Les nouvelles découvertes pourraient faire la lumière sur le type moins étudié de ces ondes gravitationnelles aléatoires et “stochastiques” qui sont considérées comme très courantes dans l’univers mais extrêmement difficiles à discerner, grâce à leur nature confuse.
Dans la nouvelle étude, Gottlieb et son équipe ont simulé l’effondrement d’une étoile massive dans un trou noir, au cours duquel une explosion d’énergie appelée jet relativiste a pris forme et a explosé de l’étoile qui s’effondre à semblable à la lumière vitesses. Tout comme percer un trou dans un mur, “un jet démarre profondément à l’intérieur d’une étoile, puis se fraye un chemin pour s’échapper”, a déclaré Gottlieb dans un déclaration.
L’équipe de Gottlieb essayait initialement de voir si le disque surchauffé de matière stellaire autour du trou noir, appelé disque d’accrétion, pourrait produire des ondes gravitationnelles. Cependant, alors que la simulation se poursuivait, le jet sortant est entré en collision avec les couches de matériau de l’étoile mourante, chauffant les débris et les faisant gonfler dans une structure en forme de sablier, également appelée cocon stellaire. Les résultats de cette simulation ont montré pour la première fois que de tels cocons de débris stellaires émettent des ondes gravitationnelles à des fréquences détectables, selon la nouvelle étude.
“Pour être honnête, je n’ai pas cherché de cocons, mais les cocons étaient trop forts pour être ignorés, alors j’ai dû aller étudier [them]”, a déclaré Gottlieb lors de la conférence de presse de lundi. “C’est donc plus ou moins par hasard que j’ai commencé à essayer de comprendre leur émission d’ondes gravitationnelles.”
Les ondes gravitationnelles insaisissables émises par les cocons stellaires, dont les signaux, selon les astronomes, sont les plus faibles et les plus le plus difficile à repérer, proviennent d’objets partout dans l’univers et passent tout le temps par la Terre, mais sont si aléatoires et enchevêtrés qu’il est presque impossible de prévoir leur visite ou de les résoudre. De plus, diverses régions d’une explosion de supernova émettent des signaux à différentes fréquences, ce qui rend les ondes déjà insaisissables beaucoup plus difficiles à détecter par rapport aux signaux plus propres émis par des bêtes cosmiques en orbite comme des trous noirs ou des étoiles à neutrons.
“Néanmoins, il y a beaucoup d’anticipation pour la première détection d’ondes gravitationnelles non issues d’une fusion d’objets compacts, et c’est quelque chose qui devrait être détecté dans la prochaine décennie”, a déclaré Gottlieb lors de sa présentation lundi.
On pense que les ondes gravitationnelles des cocons stellaires sont des candidats prometteurs car elles ont la bonne forme – pas trop symétrique, pour émettre des signaux suffisamment forts pour être détectées. Ils évoluent également rapidement, ce qui signifie qu’il y a plus de chances de détecter des signaux provenant d’eux, selon Gottlieb.
Le Interféromètre laser Observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) détecteurs, qui constituent le réseau mondial de quatre installations de recherche massives conçues pour chasser les ondes gravitationnelles, n’ont pas encore repéré d’ondes gravitationnelles provenant de cocons stellaires. Cependant, les simulations montrent que les signaux provenant de ces sources sont suffisamment puissants pour être détectés par LIGO lors de ses prochains cycles d’observation, a déclaré Gottlieb lundi.
“À ce jour, LIGO n’a détecté que des ondes gravitationnelles provenant de systèmes binaires, mais un jour, il détectera la première source non binaire d’ondes gravitationnelles”, a déclaré Gottlieb dans le déclaration. “Les cocons sont l’un des premiers endroits vers lesquels nous devrions nous tourner pour ce type de source.”
2023-06-06 21:00:32
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