Fusion d'étoiles à neutrons, sursaut gamma et... onde gravitationnelle

Elle confirme que les sursauts  gamma courts, détectés depuis plusieurs décennies mais dont l’origine restait hypothétique, peuvent être produits lors de coalescences d’étoiles à neutrons.

En outre, cette détection « simultanée » permet de mesurer, pour la première fois, la vitesse de propagation de l’onde gravitationnelle, donnant une valeur très proche de celle de la lumière. Enfin, elle apporte de nouvelles contraintes sur le principe d’invariance de Lorentz et le principe d’équivalence. Tous deux sont des tests cruciaux pour la théorie de la Relativité Générale.

Dans un second temps, ces détections  concordantes ont déclenché  des campagnes d’observations dans tous les domaines de longueurs d’onde. L’objet résultant a été tout d’abord identifié en optique, infrarouge, ultra-violet, puis, quelques jours plus tard, en rayons X et enfin en radio.

Ces émissions « différées » proviennent d’une « kilonova » (similaire à une petite supernova). Elles sont dues à la dissipation de l’énergie libérée pendant cet événement extrêmement violent et témoignent des processus qui en découlent (décroissance radioactive d’éléments lourds créés pendant ou juste après la fusion, accélération de particules sous forme de jet, interaction avec le milieu environnant…).  

Pour la première fois, les  physiciens et astrophysiciens ont des observations déterminantes pour la compréhension, à la fois, des étapes suivant la coalescence de deux étoiles à neutrons (quel objet est créé ? que devient-il ?), des mécanismes de production des sursauts gamma courts et de la connexion de ces deux phénomènes.

Les observatoires spatiaux jouent un rôle essentiel : l’atmosphère de notre planète est  totalement opaque au rayonnement X et Gamma. Les détecteurs de photons X ou Gamma sont donc embarqués à bord de satellites. L’évènement du 17 août a été détecté par l’un des systèmes de détection de l’instrument SPI du satellite INTEGRAL, ainsi que par le satellite FERMI.

L’avenir des détecteurs d’ondes gravitationnelles passera lui aussi par les moyens spatiaux : la mission LISA de l’ESA est prévue pour un lancement en 2034. Libérée des bruits d’origine terrestres, LISA ouvrira la voie à l’étude de phénomènes géants encore inexplorés, tels que la fusion de galaxies.

Beaucoup plus proche, la mission SVOM développée en collaboration par le CNES et l’agence spatiale chinoise CNSA sera l’un des fers de lance pour la détection et le suivi dès les premières secondes des phénomènes du type GW170817/GRB170817A). Cet évènement, bien que particulièrement sous-lumineux pour ce type de sursauts gamma, aurait par exemple été clairement détecté et suivi par SVOM.