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Fusion d’étoiles à neutrons : ondes gravitationnelles et campagne d’observations multi-longueurs d’onde/multi-messager

par Sophie Trincaz - 17 octobre 2017

Le 17 Août 2017, vers 14h (heure de Paris), les détecteurs d’onde gravitationnelle LIGO/Virgo ont observé la fusion de deux étoiles à neutrons. Dans les minutes qui ont suivi, l’alerte du réseau international de coopération entre observatoires a permis aux astronomes du monde entier la mise en place rapide d’observations coordonnées à la recherche de contreparties multi-messagers, comme celles des neutrinos ou des ondes électromagnétique de la radio jusqu’aux rayons gamma.

En rayon gamma, un sursaut court a été détecté avec les satellites Fermi et INTEGRAL en quasi coïncidence avec l’onde gravitationnelle. Cette observation remarquable permet pour la première fois d’associer ces sursauts gamma aux fusion d’étoiles à neutrons, ce qui était suspecté depuis longtemps sans jamais avoir pu être directement mis en évidence. L’écho de ce sursaut a également été détecté en rayons X avec le satellite Chandra, et en optique et radio avec divers observatoires.

Les observatoires Auger et H.E.S.S., dans lesquels des équipes du LPNHE sont impliquées, ont participé à cette campagne multi-messager sans précédent. Auger est sensible aux rayons cosmiques chargés d’ultra hautes énergies et également aux neutrinos. Par chance, au moment du passage de l’onde gravitationnelle, Auger était orienté de façon optimale pour observer cette région du ciel en neutrino. Selon une procédure mise au point au LPNHE, lorsque la source est très légèrement sous l’horizon, d’éventuels neutrinos peuvent effleurer la croûte terrestre et les produits de leur interaction être observés comme des gerbes ascendante. Cette méthode d’observation augmente considérablement leur chance de détection. Du côté de la Namibie, le réseau H.E.S.S. a pointé dès la tombée de la nuit dans la direction de la galaxie NGC 4993 hébergeant le sursaut gamma, et a observé cette région plusieurs nuits durant à la recherche de rayons gamma de très hautes énergies. H.E.S.S. a été le premier télescope au sol à observer cette galaxie suite à l’alerte envoyée par la collaboration LIGO/Virgo.

Ni Auger ni H.E.S.S. n’ont observé de signal, mais on ne peut s’empêcher de souligner la rapidité et l’efficacité avec lesquelles une telle campagne de recherche de contrepartie a pu être mise en place, impliquant plus de 3500 physiciens de par le monde. Avec la découverte récente d’ondes gravitationnelles vues par LIGO/Virgo, et de neutrinos astrophysiques annoncés par IceCube en 2013, de nouvelles fenêtres s’ouvrent pour étudier l’Univers. La découverte d’une contrepartie en rayons gamma mous, X, optique et radio est en soi un succès exceptionnel, et permet de présager de bien belles autres découvertes très prochainement.

Cette détection fait écho à celle déjà annoncée en Septembre 2017 sur la fusion de deux trous noirs, impliquant pour la première fois en coïncidence les détecteurs Virgo et LIGO, ce qui a permis de localiser cet événement dans le ciel bien plus précisément. Le prix Nobel de Physique 2017 a été attribué à Rainer Weiss, Barry C. Barish et Kip S. Thorne, membres de la collaboration LIGO/Virgo, pour la découverte d’ondes gravitationnelles annoncée en 2016.

Plus de détails sur : https://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/

Contact au laboratoire : Jean-Philippe Lenain

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