Les cocons des étoiles mourantes pourraient être une nouvelle source d’ondes gravitationnelles


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    Bien que les astrophysiciens devraient théoriquement être capables de détecter les ondes gravitationnelles à partir d’une seule source non binaire, ils n’ont pas encore découvert ces signaux insaisissables. Maintenant, les chercheurs suggèrent de regarder un nouvel endroit inattendu et entièrement inexploré : les cocons turbulents et énergiques de débris qui entourent les étoiles massives mourantes.

    Maintenant, les chercheurs de l’Université Northwestern suggèrent d’examiner un nouvel endroit inattendu et entièrement inexploré : les cocons turbulents et énergiques de débris qui entourent les étoiles massives mourantes.

    Pour la première fois, les chercheurs ont utilisé des simulations de pointe pour montrer que ces cocons peuvent émettre des ondes gravitationnelles. Et, contrairement aux jets de rayons gamma, les ondes gravitationnelles des cocons doivent se situer dans la bande de fréquences que l’observatoire des ondes gravitationnelles de l’interféromètre laser (LIGO) peut détecter.

    “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 Ore Gottlieb de Northwestern, qui a dirigé l’étude. “Les cocons sont l’un des premiers endroits vers lesquels nous devrions nous tourner pour ce type de source.”

    Gottlieb présentera cette recherche lors d’un point de presse virtuel lors de la 242e réunion de l’American Astronomical Society. “Morts stellaires projetées et turbulentes : nouvelles sources d’ondes gravitationnelles détectables par LIGO” aura lieu le lundi 5 juin, dans le cadre d’une session sur les “Découvertes dans les galaxies lointaines”.

    Gottlieb est boursier CIERA au Centre d’exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique (CIERA) de Northwestern. Les co-auteurs nord-ouest de l’étude comprennent les professeurs Vicky Kalogera et Alexander Tchekovskoy, les associés postdoctoraux Sharan Banagiri et Jonatan Jacquemin-Ide et l’étudiant diplômé Nick Kaaz.

    La nouvelle source était “impossible à ignorer”

    Pour mener l’étude, Gottlieb et ses collaborateurs ont utilisé de nouvelles simulations de pointe pour modéliser l’effondrement d’une étoile massive. Lorsque des étoiles massives s’effondrent dans des trous noirs, elles peuvent créer de puissants écoulements (ou jets) de particules se déplaçant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. Les simulations de Gottlieb ont modélisé ce processus – à partir du moment où l’étoile s’effondre dans un trou noir jusqu’à ce que le jet s’échappe.

    Au départ, il voulait voir si oui ou non le disque d’accrétion qui se forme autour d’un trou noir pouvait émettre des ondes gravitationnelles détectables. Mais quelque chose d’inattendu continuait à émerger de ses données.

    “Quand j’ai calculé les ondes gravitationnelles à proximité du trou noir, j’ai trouvé une autre source perturbant mes calculs – le cocon”, a déclaré Gottlieb. “J’ai essayé de l’ignorer. Mais j’ai trouvé qu’il était impossible de l’ignorer. Puis j’ai réalisé que le cocon était une source intéressante d’ondes gravitationnelles.”

    Lorsque les jets entrent en collision dans les couches qui s’effondrent de l’étoile mourante, une bulle ou un “cocon” se forme autour du jet. Les cocons sont des endroits turbulents, où les gaz chauds et les débris se mélangent au hasard et se dilatent dans toutes les directions à partir du jet. Au fur et à mesure que la bulle énergétique accélère à partir du jet, elle perturbe l’espace-temps pour créer une ondulation d’ondes gravitationnelles, a expliqué Gottlieb.

    “Un jet démarre profondément à l’intérieur d’une étoile, puis se fraye un chemin pour s’échapper”, a déclaré Gottlieb. “C’est comme lorsque vous percez un trou dans un mur. Le foret en rotation frappe le mur et les débris se déversent du mur. Le foret donne cette énergie matérielle. De même, le jet perce l’étoile, ce qui fait chauffer le matériau de l’étoile. et se répandre. Ces débris forment les couches chaudes d’un cocon.

    Appel à l’action pour regarder les cocons

    Si les cocons génèrent des ondes gravitationnelles, LIGO devrait être en mesure de les détecter lors de ses prochaines exécutions, a déclaré Gottlieb. Les chercheurs ont généralement recherché des ondes gravitationnelles à source unique provenant de sursauts gamma ou de supernovae, mais les astrophysiciens doutent que LIGO puisse les détecter.

    “Les jets et les supernovae sont des explosions très énergétiques”, a déclaré Gottlieb. “Mais nous ne pouvons détecter les ondes gravitationnelles qu’à partir d’explosions asymétriques à fréquence plus élevée. Les supernovae sont plutôt sphériques et symétriques, de sorte que les explosions sphériques ne modifient pas la répartition équilibrée de la masse dans l’étoile pour émettre des ondes gravitationnelles. Les sursauts gamma durent des dizaines de secondes, donc la fréquence est très petite – inférieure à la bande de fréquences à laquelle LIGO est sensible.”

    Au lieu de cela, Gottlieb demande aux astrophysiciens de rediriger leur attention vers les cocons, qui sont à la fois asymétriques et hautement énergétiques.

    “Notre étude est un appel à l’action pour que la communauté considère les cocons comme une source d’ondes gravitationnelles”, a-t-il déclaré. “Nous savons également que les cocons émettent un rayonnement électromagnétique, de sorte qu’ils pourraient être des événements multi-messagers. En les étudiant, nous pourrions en savoir plus sur ce qui se passe dans la partie la plus interne des étoiles, les propriétés des jets et leur prévalence dans les explosions stellaires.”

    L’étude, “Morts stellaires projetées et turbulentes : nouvelles sources d’ondes gravitationnelles détectables par LVK”, a été soutenue par la National Science Foundation, la NASA et le programme Fermi Cycle 14 Guest Investigator. Ces simulations avancées ont été rendues possibles par Oak Ridge du ministère de l’Énergie. National Laboratory supercomputer Summit et le supercalculateur Perlmutter du National Energy Research Scientific Computing Center grâce au prix du temps de calcul ASCR Leadership Computing Challenge.

    Houssen Moshinaly

    Rédacteur en chef d'Actualité Houssenia Writing. Rédacteur web depuis 2009.

    Blogueur et essayiste, j'ai écrit 9 livres sur différents sujets comme la corruption en science, les singularités technologiques ou encore des fictions. Je propose aujourd'hui des analyses politiques et géopolitiques sur le nouveau monde qui arrive. J'ai une formation de rédaction web et une longue carrière de prolétaire.

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