Un ensemble d'études, qui sont ou seront publiés dans plusieurs revues scientifiques, résulte de l'observation pour la première fois d'ondes gravitationnelles émises lors de la fusion de deux étoiles à neutrons par la collaboration LIGO-Virgo ainsi que de l'observation de la lumière émise dans les heures, jours et semaines par 70 autres observatoires sur Terre et dans l'espace.

Alors que, jusqu'ici, seules des ondes gravitationnelles issus de la fusion de deux trous noirs avaient été observées, cet événement nouveau, baptisé GW170817, a pu faire l'objet d'un travail collaboratif mondial, qui marque «l'avènement d'une astronomie dite 'multi-messagers'» (expression utilisée dans l'étude intitulée «Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger» et parue dans la revue The Astrophysical Journal Letters).

GW170817 a ainsi conduit à la récolte d'une moisson extraordinaire de résultats, parmi lesquels figurent «une solution à l'énigme des sursauts gamma et à celle de l'origine des éléments chimiques les plus lourds (comme le plomb, l'or ou le platine)», l'analyse «des propriétés des étoiles à neutrons» et «une mesure indépendante de la vitesse d'expansion de l'Univers» ( l'étude est intitulée «A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant» et publiée dans la revue Nature).

GW170817 s'est produit, comme son immatriculation, l'indique le 17 août 2017: «l’instrument LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) de la NSF aux États-Unis, en collaboration avec l’interféromètre Virgo basé en Italie, a détecté le passage d’ondes gravitationnelles au travers de la Terre», comme le synthétise le communiqué de Presse de LIGO , disponible en pdf. Environ deux secondes plus tard, «deux observatoires spatiaux, le Fermi Gamma-ray Space Telescope de la NASA et l’INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) de l’ESA, ont détecté un sursaut gamma court en provenance de cette même région du ciel». On peut lire à ce propos l'étude intitulée «The X-ray counterpart to the gravitational-wave event GW170817» et publiée parmi d'autres dans la revue Nature)

Le réseau d’observatoires LIGO-Virgo ayant «localisé la source dans une vaste région du ciel austral, de dimensions équivalentes à celles de plusieurs centaines de pleines Lunes, et peuplée de millions d’étoiles», à la nuit tombée «de nombreux télescopes implantés au Chili ont sondé cette zone du ciel, à la recherche de nouvelles sources».

C'est le télescope Swote d’1 mètre, qui «fut le premier à détecter une nouvelle source de lumière à proximité directe de NGC 4993*, une galaxie lenticulaire située dans la constellation de l’Hydre». Quasi-simultanément, VISTA a pu repérer «cette même source à diverses longueurs d’onde infrarouges». Puis, «à mesure que les régions occidentales du globe plongeaient dans l’obscurité, les télescopes hawaïens Pan-STARRS et Subaru l’ont à leur tour repérée et regardée évoluer rapidement».

Au bout du compte, le travail d'observation de «la contrepartie visible de la source d’ondes gravitationnelles, par plusieurs télescopes de l’ESO au Chili permet de conclure que le «singulier objet» produit, provient de la fusion de deux étoiles à neutrons, dont «les conséquences cataclysmiques», prédites de longue date (il y a plus de trente ans) et baptisés 'kilonova' (en raison du fait que l'événement explosif en question a une luminosité «1000 fois supérieure à celle d’une nova classique»), participent à la dissémination «des éléments lourds tels que l’or et le platine dans tout l’Univers». Cette découverte apporte ainsi «la preuve irréfutable que les sursauts gamma de courte durée sont causés par les fusions d’étoiles à neutrons».  

Grâce aux «estimations de distance déduites des données concernant les ondes gravitationnelles ainsi que d’autres observations» qui sont concordantes, il a été établi qu'il y avait une distance identique à la Terre «pour GW170817 et NGC 4993 (soit environ 130 millions d’années lumière)» de sorte que cette source constitue «la source d’ondes gravitationnelles ainsi que l’une des sources de sursaut gamma les plus proches détectées à ce jour». Cette conclusion est confirmée par le fait que «les observations effectuées au moyen des installations de l’ESO» ont «révélé des propriétés remarquablement proches des prévisions théoriques».

Plus précisément, à la suite de la fusion des deux étoiles à neutrons (dont les masses sont ici comprises entre 1,1 et 1,6 fois la masse du Soleil) ), «un jet d’éléments chimiques lourds radioactifs en expansion rapide a quitté la kilonova, à une vitesse proche du cinquième de la vitesse de la lumière» et «durant les jours qui suivirent, la couleur de la kilonova est passée du bleu profond au rouge intense», un changement qui «s’est effectué en un temps bien plus court que celui caractérisant toute autre explosion stellaire connue».

En outre, les spectres acquis dans le cadre du programme de l’ESO 'ePESSTO' (Sondage Spectroscopique Public d’Objets Transitoires) et au moyen de l’instrument X-shooter installé sur le VLT «suggèrent la présence de césium et de tellure issus de la fusion des étoiles à neutrons». Les éléments lourds, qui «auraient été disséminés dans l’espace lors de la phase kilonova», trahissent «la formation, au sein d’objets stellaires de densité élevée, d’éléments plus lourds que le fer produits lors de réactions nucléaires» et correspondent à un processus de nucléosynthèse de type r qui était «jusqu’à présent demeuré purement théorique». 

Lien externe complémentaire (source Simbad)

* NGC 4993