Mise à jour le 15 Janvier 2018
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.
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)
Les autres CR des conférences IAP.
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