• Cosmologie: la formation des trous noirs, dont la fusion a produit l'onde gravitationnelle détectée par LIGO le 14 septembre 2015, a été simulée!____¤201607

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «The first gravitational-wave source from the isolated evolution of two stars in the 40–100 solar mass range» sont publiés dans la revue Nature et disponibles en pdf sur arxiv.org, a permis de proposer, à l’aide de simulations numériques, une nouvelle hypothèse concernant le scénario qui a conduit la détection par LIGO le 14 septembre 2015, de l'onde gravitationnelle correspondant à l'événement baptisé GW150914 (GW pour Gravitational Wave, en anglais).

     

    Rappelons tout d'abord que cet événement «fut provoqué par la fusion de deux trous noirs stellaires» de «36 masses solaires pour l’un et 29 pour le second». Comme ces trous noirs stellaires battent les records déduits «des quelques cas de trous noirs stellaires plutôt solidement établis», pour en expliquer l'origine, l'étude ici présentée, dans une simulation de la naissance des premières étoiles de l'univers, considère que ces étoiles «ne devaient pas se former exactement de la même manière que notre Soleil car le milieu interstellaire était alors beaucoup moins riche en éléments lourds».

     

    Elle prend ainsi en compte qu'au moment de la naissance des toutes premières étoiles le milieu interstellaire était totalement dépourvu d'éléments lourds et que «ces étoiles devaient être massives, de l’ordre d’une centaine de masses solaires». C'est ainsi, que la formation «du système binaire de trous noirs à l’origine de GW150914» a été reproduite en partant d'étoiles «de masses comprises entre 40 et 100 masses solaires à partir d’une poche de matière primitive contenant moins de 10 % de la quantité d’élément lourds (autre que l’hydrogène et l’hélium, pour un astrophysicien) du nuage à l’origine du Soleil».

     

    Les calculs indiquent que cette formation a eu lieu «environ deux milliards d’années après le Big Bang». Les simulations décrivent le scénario suivant. La première étoile, «avec une masse d’environ 100 fois celle du Soleil, contre environ 60 pour sa compagne», va «enfler, jusqu’à atteindre le lobe de Roche du système, de sorte que les forces de marée de la seconde lui arrachent de la matière».

     

    Devenue moins massive, «la première étoile s’effondre en trou noir» sans donner de supernova (environ quatre millions d’années seulement après la naissance du système de ces deux étoiles) tandis que «la seconde ayant vu sa masse augmenter», va, dans le cadre de son évolution, «se dilater à son tour jusqu’à ce que son enveloppe avale le premier trou noir».

     

    Comme «ces processus s’accompagnent de pertes de masses sous forme de vent stellaire», lorsque la seconde étoile «devient à son tour un trou noir» (probablement un million d’années après la première) la masse des deux objets compacts «est plus faible que celle des deux étoiles initiales». L'histoire est ensuite «plus calme, au moins durant presque 11 milliards d’années, avec l’émission d’ondes gravitationnelles qui va lentement réduire la taille de l’orbite des deux corps jusqu’au bouquet final il y a environ 1,4 milliard d’années à l’origine de GW150914».

     

    L'intérêt de ce scénario est dans ses conséquences pour eLigo: en effet, «quand cet instrument atteindra sa pleine sensibilité, il devrait logiquement détecter environ mille fusions de trous noirs stellaires par an, ayant des masses comprises entre 20 et 80 fois celle du Soleil».

     

     


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