Les astronomes se rapprochent de la découverte de sources d’ondes gravitationnelles continues, grâce aux observations de Scorpius X-2, une étoile à neutrons accrétant la matière d’un compagnon binaire de faible masse.

Jusqu’à présent, les astronomes n’ont détecté que ondes gravitationnelles sous la forme de brèves rafales des fusions de trous noirs et étoiles à neutrons. Cependant, les objets compacts non fusionnants peuvent en théorie produire un torrent ininterrompu d’ondes gravitationnelles, quoique plus faibles que celles émises par les fusions. En particulier, les systèmes binaires à rayons X de faible masse, dans lesquels une étoile à neutrons dense balaie la matière arrachée à une étoile compagne proche, sont probablement suspectés d’émettre des ondes gravitationnelles continues.

Scorpius X-2 est un exemple classique. C’est un système binaire 9 000 années-lumière, avec un 1,4-masse solaire matériau d’accrétion d’étoiles à neutrons provenant d’une étoile compagne ayant la moitié de la masse de notre soleil. Au fur et à mesure que le gaz volé s’écoule à la surface de l’étoile à neutrons, il devient chaud et émet des rayons X brillants. L’accrétion du matériau entraîne une déformation asymétrique de l’étoile à neutrons à mesure que le gaz s’accumule, et cette déformation se traduit par un couple (une force de rotation) conféré au spin de l’étoile à neutrons, l’accélérant.

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Les astronomes se sont donc tournés vers les observations de l’Observatoire des ondes gravitationnelles de l’interféromètre laser (LIGO) aux États-Unis et ses homologues européens et japonais Virgo et KAGRA. En analysant les données de la troisième campagne d’observation du système, qui s’est déroulée d’avril 2019 au début de la pandémie de COVID-19 au début de 2020, les scientifiques n’ont pas été en mesure de détecter l’émission continue d’ondes gravitationnelles de Scorpius X-2.

Cependant, ils ont pu imposer des contraintes beaucoup plus strictes sur la force et la fréquence de toute onde gravitationnelle continue – des contraintes qui suggèrent que de tels signaux pourraient être détectables pendant la collaboration. prochaine course d’observationqui devrait débuter en mai et durera beaucoup plus plus sensible que les cycles d’observation précédents, détectant des signaux d’ondes gravitationnelles plus faibles.

Les calculs suggèrent que le taux d’écoulement de matière sur une étoile à neutrons (indiqué par la force des rayons X) est corrélé à la fréquence du spin d’une étoile à neutrons et à la fréquence des ondes gravitationnelles qu’elle émet, car le taux d’accrétion plus élevé entraîne une un couple plus fort. Pour que le système reste en équilibre afin que l’étoile à neutrons ne s’envole pas, le couple de rotation plus fort provoque un couple tout aussi fort exercé par l’émission des ondes gravitationnelles qui agit dans la direction opposée afin que le système soit en équilibre .

« Pour la première fois, cette recherche est désormais sensible aux modèles du scénario d’équilibre de couple possible du système, qui stipule que les couples des ondes gravitationnelles et l’accrétion de matière sur l’étoile à neutrons sont en équilibre », a déclaré Jared Wofford, Ph. .D. candidat au Rochester Institute of Technology à New York qui a travaillé sur l’étude, a déclaré dans un déclaration. « Dans les années à venir, nous nous attendons à de meilleures sensibilités à partir de plus de données prises par les cycles d’observation Advanced LIGO sondant plus profondément dans le scénario d’équilibre de couple dans l’espoir de faire la première détection d’onde continue. »

Les résultats ont fixé des limites supérieures pour la force des ondes gravitationnelles sur une gamme de fréquences allant de 25 Hz à 1 600 Hz, correspondant à des fréquences de spin de 12,5 Hz à 800 Hz (c’est-à-dire une étoile à neutrons tournant entre 12,5 et 800 fois par seconde). La découverte de l’émission continue d’ondes gravitationnelles à partir d’un tel système permettrait aux scientifiques de mieux comprendre le processus d’accrétion dans les binaires à rayons X de faible masse, ainsi que les propriétés des étoiles à neutrons dans ces systèmes.

Les résultats sont décrits dans un article publié le 16 décembre dans Lettres du journal astrophysique.

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