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Mise à jour le 15 Janvier 2018

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CONFÉRENCE
«PREMIÈRE DÉTECTION D’UNE FUSION D’ÉTOILES À NEUTRONS EN ONDES GRAVITATIONNELLES ….UNE NOUVELLE ASTRONOMIE»

Par Fréderic DAIGNE, Astrophysicien IAP

Professeur à l'Université Pierre et Marie Curie

Organisée par l'IAP

98 bis Bd Arago, Paris 14ème

Le Mardi 9 Janvier 2018 à 19H30 (Exceptionnellement à Farabeuf)

 

Photos : JC Bercu pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Textes de Brun0 Beckert ; merci à eux, n’ayant pas pu assister personnellement à cette conférence.

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos

Vidéos des conférences proposées par l’IAP sur Canal U

 

 

Le titre complet et l’introduction de l’auteur :

 

« Première détection d'une fusion d'étoiles à neutrons en ondes gravitationnelles et de la lumière associée : la naissance d'une nouvelle astronomie à plusieurs messagers »

Le 17 août 2017 a été détectée pour la première fois l'émission d'ondes gravitationnelles émise par un système de deux étoiles à neutrons qui se rapprochent rapidement et finissent par fusionner. Moins de deux secondes après, un sursaut court associé est observé dans le domaine des rayons gamma. Une importante campagne d'observations au sol et dans l'espace est alors déclenchée, qui a permis de détecter cette source dans les heures et jours qui ont suivi également dans le domaine visible, en rayons X et en ondes radio. Le résultat est une vision particulièrement détaillée d'un phénomène cataclysmique rare, et de ses conséquences. De manière remarquable, les observations correspondent très bien aux prédictions théoriques. En particulier, l'émission visible montre qu'après la fusion des deux étoiles à neutrons, de la matière riche en neutrons a été libérée à grande vitesse et a été le siège de réactions nucléaires conduisant à la formation d'éléments lourds (comme le platine, l'or ou l'uranium). L'origine mal comprise de ces éléments très rares est ainsi en partie expliquée. Dans cet exposé, je décrirai ces observations exceptionnelles, qui ouvrent une nouvelle façon de faire de l'astronomie, en expliquant ce qu'elles nous apprennent et en mettant l'accent sur la complémentarité entre les messagers gravitationnel et lumineux.

 

 

 

BREF COMPTE RENDU

 

 

Frédéric Daigne est professeur à l’Université Pierre et Marie Curie (UPMC) et directeur adjoint de l’Institut d’astrophysique de Paris (CNRS/UPMC). Son domaine de recherche est l’astrophysique des hautes énergies.

 

Il s’est d’abord intéressé aux sursauts gamma (GRB), les phénomènes les plus puissants et violents de l’Univers. Puis il est passé au rôle des coalescences d’étoiles à neutrons dans la synthèse des éléments lourds (>Fer)

 

 

Il nous entretient ce soir justement du rôle de ces étoiles à neutrons et trous noirs et de leur coalescence.

 

 

 

 

 

 

Texte de Bruno Beckert, merci à lui, photos de JC Bercu, merci aussi.

 

(Pour la partie introduction aux ondes gravitationnelles voir le CR de la conférence SAF de F Daigne d’il y a quelques mois)

 

Conférencier : Frédéric DAIGNE – professeur à UPMC et X, thèse en 1999 sur les sursauts gamma, post doc Max Planck Institute, post doc CEA, médaille de bronze du CNRS.

 

On peut noter l’évolution suivante :

-        La lumière fut le premier « messager » avec Galilée

-        Les ondes radio au lendemain de la seconde guerre mondiale

-        Les neutrinos depuis 1980

-        En 2015 enfin les ondes gravitationnelles

 

 

Le pouvoir prédictif de la physique est grand : prédites en 1915 par Einstein mais pensées comme trop difficile à détecter. Certaines sources cependant restaient envisageables comme les trous noirs et le étoiles à neutrons. Enfin, les détecteurs ont fait d’immenses progrès, d’où LIGO et VIRGO.

La typologie du signal typique : phase 1, spiralante on sait calculer la forme du signal prévue en mode post-newtonien ( on ajoute quelques corrections relativistes…) – phase2, coalescence, ici les simulations sont à ce jour médiocres et en attente d’observations plus précises – phase 3 relaxation, méthodes perturbatives bien décrites par Th. DAMOUR.

 

 

http://www.planetastronomy.com/special/2018-special/13oct/clip_image012.jpg

14 septembre 2017 publication par Abbott et al. coalescence de deux trous noirs de 30 masses solaires environ par les deux détecteurs US.

 

Les 7 ms entre les deux instruments donnent une région de … 900 degrés² sur le ciel !

La forme du signal donne la distance 400 MPc, environ 1G aL.

 

 

L’objet final est un trou noir de 62 masses solaires, l’énergie a été évacuée sous la forme d’ondes gravitationnelles.

 

 

 

 

 

 

 

 

Plusieurs slides sur Vie et mort des étoiles ( note du rédacteur : on se reportera aux nombreuses pages déjà écrites ici à ce sujet)

Problème de la genèse des couples (d’étoiles à neutron ou de trous noirs) les étoiles sont souvent doubles ; il faut imaginer deux explosions auxquelles le couple survit ; puis les deux objets se rapprochent ( en théorie relativiste) et émettent des ondes gravitationnelles.

Les contre parties optiques attendues : les éjectats relativistes riches en noyaux actifs de surcroit donnent une kilo nova (1), puis le disque d’accrétion avec son jet relativiste focalisé donne un sursaut gamma(2), puis le freinage avec le milieu donne un rémanent en radio

 

 

 

 

 

 

 

 

Slide sur la nucléo synthèse ( 4 phases explicitées, primordiale, Li Be et B par cassures, Carbone à Fer dans les étoiles massives, éléments lourds au-delà par captures rapide et lente)

 

On ne voit pas de « raie » pour l’or mais on teste le modèle avec l’Europium mesuré dans la transformation des étoiles à neutron en kilo nova.

 

 

 

Les sursauts gamma vus par les satellites FERMI ou SWIFT sont modélisés par la fusion de trous noirs, le jet relativiste, puis le freinages, puis le rémanent en X et gamma.

 

 

 

 

 

 

 

 

Évènement du 17 août 2017   (voir le n° spécial des Astronews à ce sujet)

 

 

 

A 12h41 FERMI détecte un sursaut gamma faible et court, GRB 170817A qui n’aurait pas attiré l’attention, sauf que

A 12h47 les deux détecteurs US GW 170817 durée 100 secondes typique de la fusion de deux étoiles à neutrons

Distance 40 MPc, boîte d’erreur 30°², 50 galaxies

Kilo nova vue dans NGC 4993 par au moins 6 équipes internationales

On a l’angle sous lequel on voit le système

On a pas la partie relaxation

On a les traces de quelques éléments lourds générés par l’opacité ( lanthanides)

La distance et le Z de la galaxie hôte contraignent Ho ( aux environ de 70 )

 

 

 

 

 

Le sursaut gamma est arrivé 1,7 secondes après (sursaut court) sa faiblesse est atypique : à creuser !

En 2 ans de fonctionnement LIGO VIRGO on a eu 6 sources en ondes gravitationnelles et en lumières. Les machines redémarreront fin 2018 avec de meilleures sensibilités.

 

 

 

 

 

Reste à creuser aussi : comment se forment des couples mixtes, un trou noir peut-il être formé par la fusion de deux étoiles à neutron, voir des systèmes sous divers angles permettra de mieux comprendre la géométrie, mieux connaître les taux de formation, les domaines de masses ; on a des étoiles à neutron « normales » mais des trous noirs un peu atypiques…

Instruments à venir : Japon, Inde, France-Chine (SAVOM)

 

Amusant : on utilise un réseau de pulsars déformé par d’éventuelles ondes gravitationnelles ( pas de résultats à ce jour)

Une Super nova dans notre galaxie serait une bonne source si elle explosait de façon dissymétrique pour générer des ondes gravitationnelles.

Le projet LISA d’interféromètre dans l’espace permettra de détecter des fusions de trous noirs super massifs dans les fusions de galaxies par exemple.

 

 

Aujourd’hui il est encore utopique d’imager détecter les ondes gravitationnelles primordiales mais on peut prédire leurs effets dans le CMB (polarisations)

 

 

 

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

Contreparties lumineuses aux OG : CR conf SAF de F Daigne du 13 Oct 2017. (02/11/2017)

 

La détection des ondes gravitationnelles : CR de la conf SAF de Luc Blanchet (Cosmologie) du 28 Mai 2016

 

Trous noirs et ondes gravitationnelles : CR conf SAF d’Éric Gourgoulhon du 10 Fev 2016

 

Ondes Gravitationnelles :.LIGO et Virgo en pleine action ! (29/09/2017)

 

Phénomènes explosifs et astres compacts par Thierry Foglizzo du CEA (IRFU)

 

Les sursauts gamma, INTEGRAL traque les explosions d'étoiles par l’IRFU

 

Les travaux de recherche de F Daigne.

 

A la recherche des premières explosions stellaires avec SVOM

 

 

 

Bon ciel à tous !

 

 

Jean Pierre Martin .Commission de Cosmologie de la SAF. (avec JC Bercu et B Beckert)

www.planetastronomy.com

 

Les autres CR des conférences IAP.

 

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