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Ondes gravitationnelles : Ligo et Virgo ont mesuré la hauteur des montagnes des étoiles à neutrons

La surface des étoiles à neutrons, ces astres formidablement denses, est solide. Tournant rapidement sur elles-mêmes, les moindres écarts à la sphéricité - des sortes de montagnes - devraient causer l'émission d'ondes gravitationnelles. Ligo et Virgo sont partis à la recherche de ces ondes et ce qu'elles nous disent sur la hauteur de ces montagnes est surprenant.


Depuis le 14 septembre 2015, à 9 h 50 min 45 s UTC, nous sommes entrés dans l'ère de l'astronomie gravitationnelle avec la première détection sur Terre des ondes gravitationnelles émises par la source baptisée GW150914 (GW pour gravitational wave, en anglais et qui signifie onde gravitationnelle). Cette première « lumière gravitationnelle » a été mise en évidence grâce aux détecteurs jumeaux appelés Ligo, construits sur deux sites américains, plus précisément en Louisiane et dans l'État de Washington à trois mille kilomètres de distance.


Depuis, leur cousin européen Virgo s'est joint à eux et on attend les contributions prochaines de détecteurs japonais et indiens. Des collisions dans des systèmes binaires de trous noirs et des systèmes binaires d'étoiles à neutrons ont été observées et on espère voir celles de trous noirs avec des étoiles à neutrons. Dans ces deux derniers cas, on sonde non seulement la physique de la gravitation en champ fort, à la recherche d'une nouvelle physique au-delà de la relativité générale, mais aussi la physique des particules élémentaires et le comportement de la matière nucléaire dans des conditions extrêmes pouvant, par exemple, conduire à la formation d'un plasma de quarks et de gluons.


Mais Ligo et Virgo peuvent nous donner des renseignements sur bien d'autres choses, comme l'existence possible de cordes cosmiques, la physique des supercordes et plus généralement ce que l'on appelle le fond cosmologique d'ondes gravitationnelles stochastiques. En grande partie, il s'agirait des ondes émises dans les galaxies ou hors des galaxies par un grand nombre de sources trop faibles pour être individuellement détectées. Ces sources non résolues, qu'il s'agisse de systèmes binaires de trous noirs et d'étoiles à neutrons, de trous noirs supermassifs, de supernovae ou issues d'autres phénomènes encore inconnus - peut-être en rapport avec la cosmologie -, contribuent collectivement à la production d'un fond similaire au fond diffus infrarouge produit par toutes les sources électromagnétiques, également non résolues.



Les membres des collaborations Ligo et Virgo viennent de faire savoir qu'ils avaient obtenu un nouveau résultat concernant les étoiles à neutrons, une nouvelle borne sur leur structure et leurs propriétés. La publication à ce sujet se trouve en accès libre sur arXiv et, en fait, elle contient une nouvelle borne sur la forme des étoiles à neutrons, une question déjà abordée avec Ligo, notamment en 2013, et qui peut se résumer à la réponse à la question surprenante : « Quelle est la hauteur des "montagnes" sur un pulsar ? ».


Les étoiles à neutrons, des laboratoires pour toute la physique Rappelons que les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation et émettant une sorte de faisceau collimaté d'ondes radio, faisant de ces astres compacts des phares cosmiques. Et compacts ils le sont, comme on s'en rend compte en apprenant que, point final de l'évolution de certaines étoiles qui ont explosé en supernova SN II tout en s'effondrant gravitationnellement, les étoiles à neutrons ont des masses de l'ordre de celle du Soleil tout en possédant un diamètre de quelques dizaines de kilomètres tout au plus. Elles ressemblent alors à un gigantesque noyau d'atome où la densité, le champ de gravitation et le champ magnétique y sont donc extrêmes. Presque toute la physique est nécessaire pour comprendre les propriétés d'une étoile à neutrons : la relativité générale, bien sûr, mais aussi la magnétohydrodynamique, la théorie de la superfluidité et celle de la supraconductivité.


Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-ondes-gravitationnelles-ligo-virgo-ont-mesure-hauteur-montagnes-etoiles-neutrons-15188/

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