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Les astronomes ont découvert la paire d’étoiles à neutrons la plus légère connue – deux restes stellaires ultradenses qui tournent l’un autour de l’autre toutes les 2 heures et 22 minutes, se dirigeant vers une collision inévitable dans environ 82 millions d’années. En chronométrant les impulsions radio d’une des étoiles, les chercheurs ont détecté trois effets subtils prédits par Albert Einsteinde la théorie de la relativité générale et a découvert que la théorie décrit le mouvement de la paire à environ 1 % près : donner encore une fois raison au physicien visionnaire.
Les chercheurs ont publié leurs résultats le 15 septembre dans la revue Lettres d’examen physique.
Les étoiles à neutrons sont les noyaux effondrés d’étoiles massives qui ont explosé sous forme de supernovas. Chacun contient plus de masse que le soleil dans une boule d’environ 20 kilomètres de diamètre. Certains, appelés pulsars, tournent rapidement et balaient des faisceaux d’ondes radio dans le ciel comme des phares cosmiques. Leur rotation est si régulière que leurs impulsions fonctionnent comme des horloges extraordinairement précises.
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Très peu de pulsars gravitent autour d’une autre étoile à neutrons. “Il n’existe que 30 systèmes d’étoiles à neutrons doubles de ce type, et les effets relativistes sont très forts s’ils se trouvent sur des orbites compactes”, co-auteur de l’étude JinLin Hanun astronome des Observatoires astronomiques nationaux de l’Académie chinoise des sciences, a déclaré à Live Science par e-mail.
La première paire de ce type, découverte en 1974 et connue sous le nom de binaire de Hulse-Taylor, a fourni la première preuve de l’existence d’ondes gravitationnelles – des ondulations dans l’espace-temps prédites par Einstein. De telles ondes éloignent l’énergie d’une paire en orbite, de sorte que son orbite devrait progressivement se rétrécir, et l’orbite de Hulse-Taylor se rétrécit exactement à la vitesse prédite par la théorie d’Einstein.
Plus tard, le « double pulsar », qui effectue une orbite toutes les 2,45 heures, a égalé le taux prévu à environ 0,01 % près. Finalement, ce rétrécissement force ces paires à fusionner, libérant des ondes gravitationnelles comme celles de l’observatoire des ondes gravitationnelles de l’interféromètre laser et de l’interféromètre Virgo. récupéré en 2017.
Une paire nouvellement découverte
Le nouveau système, désigné PSR J1856-0039, se situe à environ 4 200 à 6 500 années-lumière de la Terre. En 2020, il est apparu lors d’une étude du disque de la Voie lactée réalisée par l’agence chinoise. Radiotélescope sphérique à ouverture de cinq cents mètres (FAST), le plus grand radiotélescope à parabole unique au monde.
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“Nous avons découvert environ 900 pulsars”, a déclaré Han à propos du travail de son équipe. “Après quelques observations de suivi, celle-ci est très extraordinaire.”
Le pulsar tourne environ 43 fois par seconde et les deux étoiles sont séparées par environ deux fois la distance entre la Terre et la Lune. Mais la « caractéristique la plus intéressante » est la courte période orbitale d’environ 2,36 heures, a déclaré Han. “C’est le deuxième plus court, et il doit montrer des effets relativistes plus forts que le fameux double pulsar et le système Hulse-Taylor.”
L’équipe a observé la paire avec FAST 17 fois entre 2020 et 2025, parfois suffisamment longtemps pour couvrir une orbite entière. Les chercheurs ont mesuré les temps d’arrivée des impulsions du système, puis ont ajusté ces données à des modèles orbitaux prenant en compte les effets relativistes, comme des changements subtils dans les temps d’arrivée des impulsions à différentes parties de l’orbite des étoiles.
“Avec autant de mesures effectuées par FAST, dont la précision serait difficile à égaler avec celles d’autres télescopes, nous avons obtenu non seulement les paramètres de base du pulsar et de son orbite, mais également trois effets relativistes”, a déclaré Han.
Premièrement, l’orbite rétrécit à mesure que les étoiles émettent des ondes gravitationnelles, les rapprochant d’environ 2,7 mètres chaque année. Deuxièmement, l’orbite ovale tourne lentement, de 17,6 degrés par an, soit environ 150 000 fois plus vite que la dérive relativiste de l’orbite de Mercure. Troisièmement, parce que les deux pesanteur et à vitesse lente, l’horloge du pulsar tourne à un rythme variable le long de l’orbite ovale, décalant ses impulsions jusqu’à environ une demi-milliseconde.
Illustration de deux étoiles à neutrons générant des ondes gravitationnelles (violet) alors qu’elles tournent l’une vers l’autre sur une orbite binaire de plus en plus étroite. Le taux de ce retrait orbital offre un test naturel de la théorie ou de la relativité d’Einstein.
(Crédit image : ESA)
“A partir de ces mesures, nous avons déterminé la masse du pulsar et la masse du compagnon”, a expliqué Han. “La masse totale est la plus faible de tous les systèmes d’étoiles à neutrons doubles connus.” Le pulsar pèse environ 1,3 fois plus que le soleilet son compagnon ne mesure que 1,19 masse solaire – l’une des étoiles à neutrons de masse la plus faible connue. Les simulations suggèrent que les supernovas ne peuvent pas forger des étoiles à neutrons beaucoup plus légères que cela.
Les étoiles fusionneront dans environ 82 millions d’années. Cette fusion laissera probablement derrière elle une étoile à neutrons plus lourde d’environ 2,26 masses solaires, bien que le reste pourrait s’effondrer en une étoile à neutrons plus lourde. trou noirestiment les chercheurs.
Une autre victoire pour Einstein
Deux des trois effets suffisent pour calculer la masse des deux étoiles. Le troisième sert alors de contrôle indépendant, car si le général relativité est correct, tous les trois doivent pointer vers les mêmes masses – et c’est le cas.
“Nous avons constaté que la relativité générale est nécessaire pour expliquer les données et que la cohérence est d’environ 1%”, a déclaré Han. Le test du double pulsar est plus précis, mais il s’appuie sur 16 années de données, contre environ cinq pour la nouvelle paire. “Malheureusement, nous ne pouvions pas battre cette description de la gravité”, a ajouté Han, faisant référence à l’espoir des physiciens de trouver des fissures dans la théorie d’Einstein qui pourraient révéler une nouvelle physique.
Ensuite, l’équipe espère détecter le « traînage de trame », un effet dans lequel une masse en rotation tord l’espace-temps autour d’elle, faisant vaciller les orbites proches. “À l’avenir, nous surveillerons ce pulsar, probablement pendant des décennies, pour détecter le déplacement du cadre induit par la rotation de l’étoile à neutrons”, a déclaré Han.
Mesurer l’effet révélerait le moment d’inertie du pulsar, qui dépend de la façon dont sa masse est répartie à l’intérieur. Cela fournirait “une nouvelle contrainte” sur la façon dont la matière se comporte aux densités écrasantes des noyaux d’étoiles à neutrons, a déclaré Han – l’une des plus grandes questions ouvertes en physique.
Yang, ZL, Han, JL, Su, WQ, Wang, PF, Wang, C., Wang, T., Zhou, DJ, Yan, Y., Xu, J., Jing, WC, Cai, NN, Xu, RX, Wang, HG et You, XP (2026). Effets relativistes du système d’étoiles à double neutron PSR J1856-0039 sur une orbite compacte de 2,36 heures. Lettres d’examen physique, 137(12), 121401.
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