L'astrophysique en crise ? La découverte d'un OVNI pourrait tout changer

Les astronomes ont découvert un objet céleste qui défie toute classification, révélant peut-être un nouveau type d'entité cosmique à la limite de la physique connue.

Parfois, les astronomes rencontrent des objets dans le ciel que nous ne pouvons pas facilement expliquer. Dans notre nouvelle recherche, publié dans les sciencesnous rapportons une telle découverte, susceptible de susciter débats et spéculations.

Les étoiles à neutrons font partie des objets les plus denses de l'univers. Compact comme le noyau d’un atome, mais aussi grand qu’une ville, il transcende les limites de notre compréhension de la matière ultime. Plus une étoile à neutrons est lourde, plus il est probable qu’elle finisse par s’effondrer en quelque chose de plus dense : un trou noir.

Représentation artistique du système supposant que l'étoile compagnon massive est un trou noir. L'étoile de fond la plus brillante est son compagnon en orbite, le radio pulsar PSR J0514-4002E. Les deux étoiles sont séparées par une distance de 8 millions de kilomètres et tournent autour l’une de l’autre tous les 7 jours. Crédit : Daniel Futselaar (artsource.nl)

À la limite de la compréhension : les étoiles à neutrons et les trous noirs

Ces objets astrophysiques sont si denses, et leur gravité si forte, que leurs noyaux – quels qu’ils soient – ​​sont en permanence recouverts de l’univers par des horizons événementiels : des surfaces d’obscurité totale d’où aucune lumière ne peut s’échapper.

Si nous voulons comprendre la physique au point de bascule entre les étoiles à neutrons et les trous noirs, nous devons trouver des objets à ces frontières. Il faut notamment trouver des objets pour lesquels on peut effectuer des mesures précises sur de longues périodes de temps. Et c'est exactement ce que nous avons trouvé : un objet qui n'est pas clairement A. Étoile à neutrons Ni un Le trou noir.

Image du télescope spatial Hubble de l'amas globulaire NGC 1851. Source de l'image : NASA, ESA et G. Piotto (Université des Études de Padoue); Processeur : Gladys Cooper (NASA/Université catholique d'Amérique)

Une danse cosmique dans NGC 1851

C'était en regardant profondément dans l'amas d'étoiles NGC 1851 Le fait que nous ayons découvert ce qui semble être une paire d’étoiles donne un nouvel aperçu des limites extrêmes de la matière dans l’univers. Le système se compose d'une milliseconde PulsarIl s’agit d’un type d’étoile à neutrons à rotation rapide qui balaie des rayons de lumière radio à travers l’univers pendant sa rotation, et c’est un objet massif et caché de nature inconnue.

L’objet massif est sombre, ce qui signifie qu’il est invisible à toutes les fréquences de lumière – de la radio aux bandes lumineuses, en passant par les rayons X et les rayons gamma. Dans d’autres circonstances, cela rendrait impossible toute étude, mais c’est là que le pulsar milliseconde nous vient en aide.

Les pulsars millisecondes sont comme des horloges atomiques cosmiques. Leurs rotations sont incroyablement stables et peuvent être mesurées avec précision en détectant l’impulsion radio régulière qu’elles produisent. Bien qu’intrinsèquement constante, la rotation observée change lorsque le pulsar est en mouvement ou lorsque son signal est affecté par un fort champ gravitationnel. En observant ces changements, nous pouvons mesurer les propriétés des objets sur les orbites des pulsars.

L’équipe a utilisé le radiotélescope sensible MeerKAT, situé dans la région semi-désertique du Karoo en Afrique du Sud. Crédit : Sarao

Percez le mystère avec MeerKAT

Nous avons fait appel à notre équipe internationale d'astronomes Radiotélescope suricate En Afrique du Sud, pour faire de telles observations du système, appelé NGC 1851E.

Cela nous a permis de détailler précisément les orbites des deux objets, montrant que leur point de rapprochement le plus proche change avec le temps. Ces changements sont décrits par La théorie de la relativité d'Einstein La vitesse de changement nous indique la masse combinée des objets dans le système.

Nos observations ont révélé que le système NGC 1851E pèse environ quatre fois plus que notre Soleil et que son sombre compagnon était, comme un pulsar, un objet compact, bien plus dense qu'une étoile ordinaire. Les étoiles à neutrons les plus massives pèsent environ deux fois la masse du Soleil, donc s'il s'agit d'un système d'étoiles à neutrons doubles (systèmes bien connus et bien étudiés), il doit contenir deux des étoiles à neutrons les plus lourdes jamais découvertes.

Pour découvrir la nature du compagnon, nous devrons comprendre comment la masse est distribuée dans le système interstellaire. En utilisant toujours la relativité générale d'Einstein, nous pouvons modéliser le système en détail, trouvant une masse pour le compagnon comprise entre 2,09 et 2,71 fois la masse du Soleil.

La masse du compagnon se situe dans « l'écart de masse des trous noirs » qui se situe entre les étoiles à neutrons les plus lourdes possibles, dont on pense qu'elles ont une masse d'environ 2,2 masses solaires, et les trous noirs les plus légers pouvant se former à la suite d'un effondrement stellaire, qui ont une masse d'environ 5 masses solaires. La nature et la composition des objets dans cette lacune constituent une question en suspens en astrophysique.

Candidats potentiels

Alors qu’avons-nous trouvé exactement ?

Historique possible de la formation du radio-pulsar NGC 1851E et de son étrange étoile compagne. Crédit : Thomas Torres (Université d'Aalborg/MPIfR)

Une possibilité intéressante est que nous ayons découvert un pulsar en orbite autour des restes d’une fusion (collision) de deux étoiles à neutrons. Cette configuration inhabituelle a été rendue possible grâce à la densité des étoiles dans NGC 1851.

Sur cette piste de danse bondée, les stars tourneront autour les unes des autres, échangeant leurs partenaires dans une valse sans fin. Si deux étoiles à neutrons étaient projetées trop près l’une de l’autre, leur danse se terminerait de manière désastreuse.

Le trou noir créé par leur collision, qui peut être beaucoup plus léger que ceux créés par l'effondrement des étoiles, est libre de se promener à travers l'amas jusqu'à ce qu'il trouve une autre paire de danseurs valsant et s'y insère avec impudence, chassant le partenaire le plus léger. En traitement. C’est ce mécanisme de collisions et d’échanges qui pourrait conduire au système que nous observons aujourd’hui.

Continuez à vous efforcer

Nous n’en avons pas encore fini avec ce système. Des travaux sont déjà en cours pour déterminer de manière concluante la véritable nature du compagnon et révéler si nous avons découvert le trou noir le plus léger ou l’étoile à neutrons la plus massive – ou peut-être ni l’un ni l’autre.

À la frontière entre les étoiles à neutrons et les trous noirs, il y a toujours la possibilité de découvrir de nouveaux objets astrophysiques encore inconnus.

De nombreuses spéculations suivront certainement cette découverte, mais ce qui est déjà clair, c'est que ce système est extrêmement prometteur lorsqu'il s'agit de comprendre ce qui arrive réellement à la matière dans les environnements les plus extrêmes de l'univers.

écrit par:

• Ewan D. Barr – Scientifique du projet sur les étoiles et pulsars en transit en collaboration avec MeerKAT (TRAPUM), Institut Max Planck de radioastronomie
• Arunima Dutta – doctorante au Département de recherche en physique fondamentale en radioastronomie, Institut Max Planck de radioastronomie
• Benjamin Stubbers – Professeur d'astrophysique, Université de Manchester

Adapté d'un article initialement publié dans Conversation.