L’énigme d’Einstein : comment un mystérieux objet cosmique dans la Voie lactée pourrait tester la relativité comme jamais auparavant

Grâce au télescope MeerKAT, les astronomes ont découvert un objet mystérieux dans le voie Lactéec’est trou noir écart de masse, remettant en question les classifications astronomiques existantes et offrant une opportunité unique d’étudier les conditions les plus extrêmes de l’univers.

Une équipe internationale d’astronomes a découvert un nouvel objet inconnu dans la Voie lactée, plus lourd que les étoiles à neutrons les plus lourdes connues et pourtant plus léger que les trous noirs les plus légers connus.

À l’aide du radiotélescope MeerKAT, des astronomes d’un certain nombre d’institutions, dont l’Université de Manchester et l’Institut Max Planck de radioastronomie en Allemagne, ont découvert un objet en orbite autour d’une milliseconde en rotation rapide. pulsar situé à environ 40 000 années-lumière dans un groupe dense d’étoiles appelé amas globulaire.

Une lacune dans le spectre de masse

En utilisant les tics d’horloge du pulsar milliseconde, ils ont montré que l’objet massif se trouvait dans ce que l’on appelle l’écart de masse du trou noir.

Il pourrait s’agir de la première découverte du très convoité binaire radio pulsar – trou noir ; un appariement stellaire qui pourrait permettre de nouveaux tests de la relativité générale d’Einstein et ouvrir les portes à l’étude des trous noirs.

Les résultats ont été publiés le 18 janvier dans la revue Science.

L’équipe a utilisé le radiotélescope sensible MeerKAT, situé dans le semi-désert du Karoo en Afrique du Sud. Crédit : SARAO

Implications pour la physique et l’astronomie

Ben Stappers, responsable du projet britannique et professeur d’astrophysique à l’Université de Manchester, a déclaré : « L’une ou l’autre possibilité quant à la nature du compagnon est passionnante. Un système pulsar-trou noir sera une cible importante pour tester les théories de la gravité et un lourd étoile à neutrons fournira de nouvelles connaissances en physique nucléaire à très hautes densités.

Lorsqu’une étoile à neutrons – les restes ultra-denses d’une étoile morte – acquiert trop de masse, généralement en consommant ou en entrant en collision avec une autre étoile, elle s’effondre. Ce qu’ils deviennent après leur effondrement est à l’origine de nombreuses spéculations, mais on pense qu’ils pourraient devenir des trous noirs – des objets si gravitationnellement attractifs que même la lumière ne peut y échapper.

Les astronomes estiment que la masse totale nécessaire à l’effondrement d’une étoile à neutrons est 2,2 fois supérieure à la masse du Soleil. La théorie, étayée par l’observation, nous dit que les trous noirs les plus légers créés par ces étoiles sont beaucoup plus grands, environ cinq fois plus massifs que le Soleil, ce qui donne naissance à ce que l’on appelle « l’écart de masse des trous noirs ».

La nature des objets compacts dans cet écart de masse est inconnue et une étude détaillée s’est jusqu’à présent révélée difficile. La découverte de l’objet peut aider à enfin comprendre ces objets.

Le professeur Stappers a ajouté : « La capacité du télescope extrêmement sensible MeerKAT à révéler et à étudier ces objets permet un grand pas en avant et nous donne un aperçu de ce qui sera possible avec le Square Kilometer Array. »

Un zoom sur l’amas globulaire NGC 1851 suivi d’une simulation orbitale montrant le pulsar original – nain blanc binaire étant perturbé par l’arrivée d’un troisième corps massif de nature inconnue. Le nouvel arrivant expulse la naine blanche de son orbite et capture le pulsar pour lui-même, formant ainsi un nouveau système binaire avec un pulsar en orbite autour, très probablement, soit d’un trou noir léger, soit d’une étoile à neutrons supermassive. Crédit : OzGrav, Université de technologie de Swinburne

Le processus de découverte

La découverte de l’objet a été faite lors de l’observation d’un grand amas d’étoiles connu sous le nom de NGC 1851 situé dans la constellation sud de Columba, à l’aide du télescope MeerKAT.

L’amas globulaire NGC 1851 est un ensemble dense d’étoiles anciennes beaucoup plus denses que les étoiles du reste de la Galaxie. Ici, il y a tellement de monde que les étoiles peuvent interagir les unes avec les autres, perturbant leurs orbites et, dans les cas les plus extrêmes, entrant en collision.

Les astronomes, qui font partie de la collaboration internationale Transients and Pulsars with MeerKAT (TRAPUM), pensent que c’est l’une de ces collisions entre deux étoiles à neutrons qui aurait créé l’objet massif qui orbite actuellement autour du radio pulsar.

L’équipe a pu détecter de faibles impulsions provenant de l’une des étoiles, l’identifiant comme un pulsar radio – un type d’étoile à neutrons qui tourne rapidement et envoie des faisceaux de lumière radio dans l’Univers comme un phare cosmique.

Le pulsar tourne plus de 170 fois par seconde, chaque rotation produisant une impulsion rythmique, comme le tic-tac d’une horloge. Le tic-tac de ces impulsions est incroyablement régulier et en observant comment les temps de tics changent, en utilisant une technique appelée synchronisation du pulsar, ils ont pu effectuer des mesures extrêmement précises de son mouvement orbital.

Historique de la formation potentielle du radio-pulsar NGC 1851E et de son étoile compagnon exotique. Crédit : Thomas Tauris (Université d’Aalborg / MPIfR)

Dévoilement des conditions extrêmes

Ewan Barr de l’Institut Max Planck de radioastronomie, qui a dirigé l’étude avec son collègue Arunima Dutta, a expliqué : « Pensez-y comme si vous pouviez mettre un chronomètre presque parfait en orbite autour d’une étoile à près de 40 000 années-lumière et pouvoir ensuite chronométrez ces orbites avec une précision de la microseconde.

Le timing régulier a également permis une mesure très précise de l’emplacement du système, montrant que l’objet en orbite avec le pulsar n’était pas une étoile régulière mais un reste extrêmement dense d’une étoile effondrée. Les observations ont également montré que le compagnon avait une masse à la fois plus grande que celle de n’importe quelle étoile à neutrons connue et pourtant plus petite que celle de n’importe quel trou noir connu, le plaçant carrément dans l’écart de masse du trou noir.

Bien que l’équipe ne puisse pas dire avec certitude si elle a découvert l’étoile à neutrons la plus massive connue, le trou noir le plus léger connu, ou même une nouvelle variante d’étoile exotique, ce qui est certain, c’est qu’elle a découvert un laboratoire unique pour sonder les propriétés de la matière sous l’atmosphère. conditions les plus extrêmes de l’Univers.

Arunima Dutta conclut : « Nous n’en avons pas encore fini avec ce système.

« Découvrir la véritable nature du compagnon sera un tournant dans notre compréhension des étoiles à neutrons, des trous noirs et de tout ce qui pourrait se cacher dans l’écart de masse des trous noirs. »