PREMIER éVéNEMENT COSMIQUE OBSERVé à LA FOIS DANS LES ONDES GRAVITATIONNELLES ET LA LUMIèRE

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Il y a environ 130 millions d'années, dans une galaxie lointaine, deux étoiles à neutrons sont entrées en collision. Cet événement est maintenant la 5e observation des ondes gravitationnelles par la collaboration de l'Observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser (LIGO) et de la Vierge, et le premier détecté qui n'a pas été causé par la collision de deux trous noirs.

Mais cet événement - appelé kilonova - a produit quelque chose d'autre: la lumière, sur plusieurs longueurs d'onde.

Pour la première fois dans l'histoire, un phénomène astronomique a d'abord été observé à travers les ondes gravitationnelles puis observé avec des télescopes. Dans un effort incroyablement collaboratif, plus de 3 500 astronomes utilisant 100 instruments sur plus de 70 télescopes dans le monde et dans l'espace ont travaillé avec des physiciens de la collaboration LIGO et Virgo.

Les scientifiques appellent cela «l'astronomie multimessager».

"Ensemble, toutes ces observations sont plus grandes que la somme de leurs parties", a déclaré Laura Cadonati, porte-parole adjointe de LIGO lors d'un briefing aujourd'hui. "Nous apprenons maintenant sur la physique de l'univers, sur les éléments dont nous sommes faits, d'une manière que personne n'a jamais fait auparavant."

"Cela nous donnera un aperçu du fonctionnement des explosions de supernova, de la façon dont l'or et d'autres éléments lourds sont créés, comment les noyaux de notre corps fonctionnent et même à quelle vitesse l'univers se développe", a déclaré Manuela Campanelli, du Rochester Institute of Technology. «L'astronomie multimessager montre comment nous pouvons combiner l'ancienne et la nouvelle. Cela a changé la façon dont l'astronomie se fait. »

Les étoiles à neutrons sont les noyaux restants écrasés d'étoiles massives qui ont explosé il y a longtemps en supernovae. Les deux étoiles, situées l'une à côté de l'autre dans une galaxie appelée NGC 4993, ont commencé entre 8 et 20 fois la masse de notre soleil. Puis avec leurs supernovas, chacune condensée jusqu'à environ 10 miles de diamètre, la taille d'une ville. Ce sont des étoiles composées entièrement de neutrons et se situent entre des étoiles normales et des trous noirs de taille et de densité - juste une cuillère à café de matériau d'étoile à neutrons pèserait 1 milliard de tonnes.

Ils se tournèrent l'un autour de l'autre dans une danse cosmique jusqu'à ce que leur gravité mutuelle les fasse entrer en collision. Cette collision a produit une boule de feu aux proportions astronomiques et les répercussions de cet événement sont arrivées sur Terre 130 millions d'années plus tard.

"Bien que cet événement ait eu lieu il y a 130 millions d'années, nous n'avons découvert cela sur Terre que le 17 août 2017, juste avant l'éclipse solaire", a déclaré Andy Howell de l'Observatoire de Las Cumbres, lors d'une conférence de presse aujourd'hui. "Nous avons gardé ce secret tout le temps et nous sommes sur le point de faire faillite!"

À 8 h 41 HAE, LIGO et Virgo ont ressenti les premiers tremblements des ondulations de l'espace-temps et des ondes gravitationnelles. Juste deux secondes plus tard, un flash lumineux de rayons gamma a été détecté par le télescope spatial Fermi de la NASA. Cela a permis aux chercheurs de localiser rapidement la direction d'où provenaient les vagues.

Alertés par un télégramme des astronomes, des milliers d'astronomes du monde entier se sont précipités pour faire des observations et commencer à collecter des données supplémentaires sur la fusion des étoiles à neutrons.

Cette animation montre comment LIGO, Virgo et les télescopes spatiaux et terrestres ont zoomé sur l'emplacement des ondes gravitationnelles détectées le 17 août 2017 par LIGO et Virgo. En combinant les données des missions spatiales Fermi et Integral avec les données du LIGO et de la Vierge, les scientifiques ont pu confiner la source des vagues à une parcelle de ciel de 30 degrés carrés. Des télescopes à lumière visible ont fouillé un grand nombre de galaxies dans cette région, révélant finalement NGC 4993 comme étant la source des ondes gravitationnelles. (Cet événement a été désigné plus tard sous le nom de GW170817.)

"Cet événement a jusqu'à présent la localisation la plus précise du ciel de toutes les ondes gravitationnelles détectées", a déclaré Jo van den Brand, porte-parole de la collaboration Virgo, dans un communiqué. "Cette précision record a permis aux astronomes d'effectuer des observations de suivi qui ont conduit à une pléthore de résultats à couper le souffle."

Cela fournit la première preuve réelle que la lumière et les ondes gravitationnelles voyagent à la même vitesse - près de la vitesse de la lumière - comme l'avait prédit Einstein.

Des observatoires du plus petit au plus connu ont été impliqués, faisant rapidement des observations. Bien que brillant au début, l'événement s'est estompé en moins de 6 jours. Howell a déclaré que la lumière observée était 2 millions de fois plus brillante que le Soleil au cours des premières heures, mais elle s'est ensuite estompée en quelques jours.

La caméra à énergie sombre (DECam), qui est montée sur le télescope Blanco de 4 mètres à l'observatoire interaméricain Cerro Tololo dans les Andes chiliennes, a été l'un des instruments qui a aidé à localiser la source de l'événement.

"Le défi auquel nous sommes confrontés chaque fois que la collaboration LIGO émet un nouveau déclencheur d'observation est de savoir comment rechercher une source qui s'estompe rapidement, était peut-être faible au début et se situe quelque part là-bas", a déclaré Marcelle Soares-Santos , de l'Université Brandeis lors du briefing. Elle est la première auteure de l'article décrivant le signal optique associé aux ondes gravitationnelles. "C'est le défi classique de trouver une aiguille dans une botte de foin avec la complication supplémentaire que l'aiguille est loin et que la botte de foin bouge."

Avec le DECam, ils ont rapidement pu déterminer la galaxie source et éliminer 1 500 autres candidats qui étaient présents dans cette botte de foin.

«Les choses qui ressemblent à ces« aiguilles »sont très courantes, nous devons donc nous assurer que nous avons la bonne. Aujourd'hui, nous en sommes certains », a ajouté Soares-Santos.

Dans le très petit département, un petit télescope robotique de 16 pouces appelé PROMPT (Panchromatic Robotic Optical Monitoring and Polarimetry Telescope) - que l'astronome David Sand de l'Université de l'Arizona a décrit dans «essentiellement un télescope amateur gonflé», - a également aidé à déterminer la source. Sand a déclaré que cela prouve que même les petits télescopes peuvent jouer un rôle dans l'astronomie multimessager.

Le bien connu est dirigé par Hubble et plusieurs autres observatoires spatiaux de la NASA et de l'ESA, tels que les missions Swift, Chandra et Spitzer. Hubble a capturé des images de la galaxie dans la lumière visible et infrarouge, témoin d'un nouvel objet brillant dans NGC 4993 qui était plus brillant qu'une nova mais plus faible qu'une supernova. Les images ont montré que l'objet s'est évanoui sensiblement au cours des six jours des observations de Hubble. En utilisant les capacités spectroscopiques de Hubble, les équipes ont également trouvé des indications de matériel éjecté par le kilonova aussi vite que le cinquième de la vitesse de la lumière.

"Ceci change la donne pour l'astrophysique", a déclaré Howell. "Cent ans après la théorie théorique des ondes gravitationnelles par Einstein, nous les avons vues et remontées à leur source pour trouver une explosion avec une nouvelle physique du genre dont nous avions seulement rêvé auparavant."

Voici quelques idées créées par cet événement unique, utilisant l'astronomie multimessager:

* Rayons gamma: Ces éclairs de lumière sont désormais définitivement associés à la fusion des étoiles à neutrons et aideront les scientifiques à comprendre le fonctionnement des explosions de supernova, a expliqué Richard O’Shaughnessy, également du Rochester Institute of Technology et membre de l'équipe LIGO. "Les mesures initiales des rayons gamma, combinées à la détection des ondes gravitationnelles, confirment davantage la théorie générale de la relativité d'Einstein, qui prédit que les ondes gravitationnelles devraient se déplacer à la vitesse de la lumière", a-t-il déclaré.

* La source d'or et de platine: "Ces observations révèlent les empreintes digitales directes des éléments les plus lourds du tableau périodique", a déclaré Edo Berger, du Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, lors de la conférence. «La collision des deux étoiles à neutrons a produit 10 fois la masse de la Terre uniquement en or et en platine. Pensez à la façon dont ces matériaux s'envolent de cet événement, ils finissent par se combiner avec d'autres éléments pour former des étoiles, des planètes, la vie… et des bijoux. »

Berger a ajouté autre chose à penser: les explosions de supernova originales de ces étoiles ont produit tous les éléments lourds jusqu'au fer et au nickel. Ensuite, dans la kilonova de ce système unique, nous pouvons voir l'histoire complète de la façon dont la table parodociale des éléments lourds a vu le jour.

Howell a dit que lorsque vous divisez les signatures des éléments lourds en un spectre, vous créez un arc-en-ciel. "Donc, il y avait vraiment un pot d'or à la fin de l'arc-en-ciel, au moins un arc-en-ciel kilonova", a-t-il plaisanté.

* Astronomie physique nucléaire: "Finalement, plus d'observations comme cette découverte nous diront comment fonctionnent les noyaux dans notre corps", a déclaré O’Shaughnessy. «Les effets de la gravité sur les étoiles à neutrons nous diront comment se comportent les grosses boules de neutrons et, par déduction, les petites boules de neutrons et de protons - les choses à l'intérieur de notre corps qui constituent la majeure partie de notre masse»; et

* Cosmologie: - «Les scientifiques peuvent désormais mesurer indépendamment la vitesse à laquelle l’univers s’étend en comparant la distance à la galaxie contenant les reflets lumineux et la distance déduite de notre observation des ondes gravitationnelles», a déclaré O’Shaughnessy.

"La capacité d'étudier le même événement avec des ondes gravitationnelles et de la lumière est une véritable révolution en astronomie", a déclaré l'astronome Tony Piro du CfA. "Nous pouvons maintenant étudier l'univers avec des sondes complètement différentes, ce qui enseigne des choses que nous ne pourrions jamais savoir avec l'un ou l'autre."

"Pour moi, ce qui a rendu cet événement si étonnant, c'est que non seulement nous avons détecté des ondes gravitationnelles, mais nous avons vu de la lumière à travers le spectre électromagnétique, vu par 70 observatoires du monde entier", a déclaré David Reitz, porte-parole scientifique du LIGO, dans la presse d'aujourd'hui. Compte rendu. «C'est la première fois que le cosmos nous fournit l'équivalent de films sonores. La vidéo est l'astronomie d'observation à travers différentes longueurs d'onde et le son est des ondes gravitationnelles. "

Sources: Observatoire de Las Cumbres, télescope spatial Hubble, Rochester Institute of Technology, Kilonova.org, CfA, point de presse.