De nouvelles recherches montrant comment l'explosion d'une étoile massive peut conduire à la formation d'une étoile à neutrons lourde ou d'un trou noir léger résolvent l'un des mystères les plus difficiles dans la détection des ondes gravitationnelles provenant de la fusion d'étoiles à neutrons.
La première détection de telles ondes issues de la fusion d'étoiles à neutrons par l'observatoire des ondes gravitationnelles avec un interféromètre laser (LIGO) remonte à 2017. Il s'agissait d'une fusion de deux étoiles à neutrons, ce qui était largement conforme aux attentes des astrophysiciens. Mais la deuxième découverte en 2019 a été la fusion de deux étoiles à neutrons, dont la masse combinée s'est avérée étonnamment grande.
"C'était tellement choquant que nous devions réfléchir à la façon dont nous pourrions créer une étoile à neutrons lourde sans la transformer en pulsar", a déclaré Enrico Ramirez-Ruiz, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'Université de Californie à Santa Cruz.
Les objets astrophysiques compacts comme les étoiles à neutrons et les trous noirs sont difficiles à étudier car, lorsqu'ils sont stables, ils sont généralement invisibles. "Cela signifie que nous sommes biaisés sur ce que nous pouvons observer", a expliqué Ramirez-Ruiz. "Nous avons trouvé des étoiles à neutrons doubles dans notre galaxie alors que l'une d'entre elles est un pulsar, et les masses de ces pulsars sont presque toutes identiques - nous ne voyons aucune étoile à neutrons lourdes."
La détection par LIGO d'une fusion d'étoiles à neutrons lourdes à un taux similaire à celui du binaire plus léger signifie que les paires d'étoiles à neutrons lourdes devraient être relativement courantes. Alors pourquoi n'apparaissent-ils pas dans la population des pulsars ?
Voir aussi Sauver le vent solaire Dans la nouvelle étude, les scientifiques se sont concentrés sur les supernovae dans les systèmes binaires, qui peuvent former des "objets compacts binaires" constitués soit de deux étoiles à neutrons, soit d'une étoile à neutrons et d'un trou noir.
Une étoile à hélium est une étoile dont l'enveloppe d'hydrogène a été supprimée en raison d'interactions avec une étoile compagne. « Nous avons utilisé des modèles stellaires détaillés pour retracer l'évolution d'une étoile à hélium jusqu'à l'explosion de la supernova », expliquent les astronomes. "Dès que nous atteignons le moment de l'apparition de la supernova, nous menons des recherches hydrodynamiques, au cours desquelles nous nous intéressons à tracer l'évolution du gaz qui explose."
Une étoile à hélium dans un système binaire avec une étoile à neutrons est d'abord dix fois plus massive que notre Soleil, mais si dense que son diamètre est plus petit que celui du Soleil. L'étape finale de son évolution est une supernova avec un effondrement du cœur, qui laisse derrière elle une étoile à neutrons ou un trou noir, selon la masse finale du cœur.
Les résultats ont montré que lorsqu'une étoile massive explose, certaines de ses couches externes sont rapidement éjectées du binaire. Cependant, certaines des couches internes ne sont pas jetées et finissent par retomber sur l'objet compact nouvellement formé.
La quantité de matière en croissance dépend de l'énergie de l'explosion - plus l'énergie est élevée, moins vous pouvez économiser de masse », disent les chercheurs. forme un trou noir; si l'énergie est grande, elle conservera moins de masse et formera une étoile à neutrons.
Ces résultats expliquent non seulement la formation de systèmes binaires d'étoiles à neutrons lourdes, comme celui découvert par l'événement d'onde gravitationnelle GW190425, mais prédisent également la formation de systèmes binaires d'une étoile à neutrons et d'un trou noir léger, comme celui qui fusionné dans l'événement gravitationnel 2020 de l'année, connu sous le nom de GW200115.
Une autre conclusion importante est que la masse du noyau d'hélium d'une telle étoile est importante pour déterminer la nature de ses interactions avec une étoile à neutrons et le devenir final du système binaire. Une étoile à hélium suffisamment massive peut éviter de transférer de la masse à une étoile à neutrons. Cependant, avec une étoile à hélium moins massive, le processus de transfert de masse pourrait transformer une étoile à neutrons en un pulsar à rotation rapide.
"Lorsque le noyau d'hélium est petit, il se dilate, puis le transfert de masse fait tourner l'étoile à neutrons pour créer un pulsar", ont expliqué les scientifiques. « Cependant, les noyaux d'hélium massifs sont plus liés par gravité et ne se dilatent pas, il n'y a donc pas de transfert de masse. Et s'ils ne tournent pas dans un pulsar, on ne les voit pas."
En d'autres termes, notre galaxie pourrait bien avoir une grande population non détectée d'étoiles binaires à neutrons lourds.
L'étude a été publiée dans Astrophysical Journal Letters.
2021-10-12 05:26:06
Auteur: Vitalii Babkin