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Un probable résidu stellaire apparaît dans une étrange collision cosmique

Mystère de l'écart de masse

Cette taille correspond à ce que les scientifiques appellent l'écart de masse: un objet significativement plus petit que tout trou noir étudié à ce jour (environ 5 fois la masse du soleil), mais aussi probablement plus grand que n'importe quelle étoile à neutrons connue (environ 2,5 fois la masse de la Soleil).

« Des fusions de nature mixte – trous noirs et étoiles à neutrons – sont prédites depuis des décennies, mais cet objet compact dans l'écart de masse est une surprise totale« , co-auteur Vicky Kalogera, astrophysicienne à la Northwestern University, dit dans un communiqué. « Même si nous ne pouvons pas classer l'objet avec conviction, nous avons vu soit l'étoile à neutrons la plus lourde connue soit le trou noir le plus léger connu. De toute façon, cela bat un record.« 

Dans d'autres circonstances, les scientifiques ont pu déterminer ce qu'était réellement l'objet avant la collision qui a créé le gazouillis observable. Mais le destin n'a pas coopéré ici. Les scientifiques n'ont détecté aucun signal lumineux qu'une étoile à neutrons aurait pu produire – mais cela n'exclut pas qu'il aurait pu s'agir d'une étoile à neutrons.

Et contrairement au collisions généralement bien appariées les scientifiques ont étudié à ce jour, cette paire est extrêmement inégale, le plus grand objet contenant environ neuf fois la masse du plus petit, ce qui rend encore plus difficile pour les scientifiques de voir les détails de l'événement dans le gazouillis des ondes gravitationnelles. « Je pense à Pac-Man qui mange un petit point« , a déclaré Kalogera dans le communiqué. « Lorsque les masses sont très asymétriques, le petit objet compact peut être mangé par le trou noir en une bouchée. »

L'événement a également été difficile à étudier car il était assez éloigné. La collision semble s'être produite à environ 800 millions d'années-lumière de la Terre – pour le contexte, c'est environ six fois plus éloigné que la fusion d'étoiles à neutrons binaires détectée en août 2017 par son flash de lumière qui l'accompagne.

Gravitational-wave overtones emitted by a black-hole merger with large mass-ratio (GW190814)

En raison de ces défis, pour vraiment percer le mystère de l'écart de masse cosmique, les scientifiques devront observer plus de ces objets limites dans plus de collisions, de préférence des collisions qui ne sont pas si compliquées à analyser. « Un binaire à masse plus égale serait formidable, plus proche encore mieux », a déclaré Berry.

Et épinglant le royaume flou entre l‘étoile à neutrons et le trou noir n'est pas important uniquement pour la précision, a déclaré Berry: cela changera notre compréhension de l'univers qui nous entoure.

D'une part, il expliquera aux scientifiques comment fonctionnent les étoiles à neutrons – que Berry appelait « les ultimes collisionneurs de particules« . « La matière des étoiles à neutrons est très difficile à modéliser« , a-t-il déclaré. « Ce n'est rien que nous pouvons simuler ici sur Terre, les conditions sont trop extrêmes. » Mais les propriétés de cette matière détermineront la taille maximale d'une étoile à neutrons, le point auquel une grande étoile à neutrons devient trop grande et s'effondre, la frontière que des observations comme cette nouvelle recherche aideront à cerner.

Et comprendre l'écart de masse (ou son absence) se répercuterait sur l'astrophysique bien au-delà de ces observations, a déclaré Berry. Depuis des décennies, astrophysique les modèles ont supposé qu'il y a effectivement un écart entre les plus grandes étoiles à neutrons et les plus petits trous noirs. Si cet écart s'avère être beaucoup plus petit que prévu ou inexistant, ces modèles devront être ajustés. Ces modèles modifiés pourraient changer notre compréhension de l'univers plus largement que la définition de l'écart de masse elle-même, a déclaré Berry.

Cependant, le mystère de l'écart de masse se dévoile, ce nouveau signal indique le riche avenir des observations d'ondes gravitationnelles, a déclaré Berry.

« Cela témoigne du fait que nous commençons à peine à explorer l'univers avec ondes gravitationnelles« , at-il dit. » Nous ne savons pas ce qui existe. Nous avons vu certaines des sources les plus courantes maintenant, nous savons quel est le type typique d'ondes gravitationnelles. Mais toute la complexité, ce que sont les bêtes rares dans la jungle, nous essayons toujours de le découvrir. « 

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