Les astronomes pourraient bientôt détecter des objets extrêmes produisant des ondes gravitationnelles en continu

Le zoo cosmique contient des objets si bizarres et extrêmes qu’ils génèrent des ondes gravitationnelles. Scorpius X-1 fait partie de cette étrange collection. Il s’agit en fait d’une paire binaire : une étoile à neutrons en orbite avec un compagnon stellaire de faible masse appelé V818 Scorpii. La paire constitue une cible de choix pour les scientifiques à la recherche d’ondes gravitationnelles dites “continues”. Ces ondes devraient exister, bien qu’aucune n’ait été détectée, pour le moment.

“Scorpius X-1 est l’une des sources les plus prometteuses pour détecter ces ondes gravitationnelles continues”, a déclaré le professeur John Whelan de la School of Mathematical Sciences du Rochester Institute of Technology. Il est le chercheur principal du groupe de RIT dans la collaboration scientifique LIGO, qui fait partie d’un groupe de scientifiques axés sur la détection directe des ondes gravitationnelles. LIGO est l’observatoire d’interféromètre laser à ondes gravitationnelles, situé dans l’État de Washington et en Louisiane. Virgo (en Italie) et KAGRA (au Japon) recherchent également des ondes gravitationnelles, souvent en conjonction avec LIGO.

Chasse aux ondes gravitationnelles à Scorpius X-1

L’équipe de Whelan a utilisé les données de la troisième campagne d’observation LIGO-Virgo dans sa recherche d’ondes gravitationnelles continues de Scorpius X-1. “C’est assez proche à seulement 9 000 Années lumière loin », a déclaré Whelan. « Nous pouvons le voir très clairement dans les rayons X parce que la matière gazeuse de la étoile compagne est tiré sur l’étoile à neutrons.”

Malgré sa luminosité, l’équipe n’a pas détecté de balayage continu d’ondes gravitationnelles provenant de Scorpius X-1. Cela ne signifie pas que les vagues ne sont pas là. En fait, leurs données fournissent des poteaux de but importants alors qu’ils prévoient plus d’observations de la paire. Cela les a aidés à améliorer leur méthodologie de recherche et devrait éventuellement aboutir à la détection de ces ondes insaisissables.

“Cette recherche a donné jusqu’à présent la meilleure contrainte sur la force possible des ondes gravitationnelles émises par Scorpius X-1”, a déclaré Jared Wofford, titulaire d’un doctorat en sciences et technologie en astrophysique. candidat. “Pour la première fois, cette recherche est désormais sensible aux modèles du scénario d’équilibre de couple possible du système, qui stipule que les couples de l’onde gravitationnelle et l’accrétion de matière sur l’étoile à neutrons sont en équilibre. Dans les années à venir, nous attendez-vous à de meilleures sensibilités à partir de plus de données prises par les séries d’observation Advanced LIGO sondant plus profondément dans le scénario d’équilibre de couple dans l’espoir de faire la première détection d’onde continue.

Le système Scorpius X-1

Scorpius X-1 est la source de rayons X la plus puissante de notre ciel (après le soleil). Les astronomes l’ont découvert en 1962 lorsqu’ils ont envoyé dans l’espace une fusée-sonde avec un détecteur de rayons X. Au fil des ans, ils ont découvert que ses fortes émissions de rayons X provenaient d’une étoile à neutrons de masse solaire de 1,4 qui engloutit la matière provenant de son plus petit compagnon de masse solaire de 0,4. Le fort champ gravitationnel de l’étoile à neutrons accélère le matériau stellaire lorsqu’il tombe sur l’étoile. Cela surchauffe la matière et la fait émettre des rayons X.

Alors que le système est un puissant émetteur de rayons X et qu’il est brillant en lumière optique, il est en fait classé comme un binaire à rayons X de faible masse. Les deux objets ont une période orbitale de 18,9 heures. On ne sait pas s’ils se sont formés ensemble au début de leur histoire. Certains astronomes suggèrent qu’ils auraient pu se rencontrer lorsqu’une étoile supermassive et le petit compagnon se sont rencontrés de près dans un environnement d’amas globulaire. Le plus grand compagnon a finalement explosé en supernova, ce qui a créé l’étoile à neutrons.

Utilisation des ondes gravitationnelles pour comprendre la paire binaire Scorpius X-1

La plupart d’entre nous connaissent les ondes gravitationnelles générées par les fusions de trous noirs et/ou d’étoiles à neutrons. La première détection de ces ondes a eu lieu en 2015. Depuis lors, LIGO et ses installations sœurs KAGRA et Virgo ont détecté régulièrement ces ondes “plus fortes”. Il est important de se rappeler que ces détections enregistrent des collisions spécifiques, essentiellement des événements “ponctuels”. Cependant, ils ne sont pas les seules sources d’ondes gravitationnelles dans l’univers. Les astronomes pensent que les objets massifs qui tournent des centaines de fois par seconde, comme les étoiles à neutrons, peuvent produire des ondes continues plus faibles qui devraient être détectables.

Alors, qu’est-ce qui pourrait causer les ondes dans une paire binaire étoile à neutrons/étoile compagne ? Regardez la structure externe des étoiles à neutrons. Les scientifiques les décrivent comme des objets uniformément lisses, avec de forts champs gravitationnels et magnétiques. Cependant, ils peuvent présenter de minuscules irrégularités de surface (appelées “montagnes”). Celles-ci ne dépassent que d’une fraction de millimètre au-dessus de la surface de la « croûte » de l’étoile à neutrons. Les montagnes sont vraiment des déformations dans cette croûte. Ils sont créés par des contraintes extrêmes dans le champ électromagnétique de l’étoile à neutrons.

Il est également possible que ces déformations se produisent lorsque la rotation de l’objet ralentit. Ou peut-être lorsque sa rotation s’accélère soudainement. Quelle que soit leur forme, elles affectent les champs magnétique et gravitationnel de l’étoile à neutrons. C’est peut-être ce qui cause le ondes gravitationnelles. Si c’est le cas, ces montagnes sont peut-être petites, mais leur influence pourrait être grande.

Le défi consiste maintenant à mesurer ces vagues. Finalement, astronomes détectera un “lavage” constant d’ondes provenant de Scorpius X-1. Leurs données leur en diront plus sur la neutron étoile elle-même. Cela devrait également donner des indices sur la dynamique de la paire binaire lorsque les membres orbitent les uns par rapport aux autres.