A2 Fusions d'objets compacts et d'ondes gravitationnelles

Topique

L'élément central de ce modèle est une paire d'objets compacts — deux étoiles à neutrons, deux trous noirs, ou une combinaison des deux — orbitant de plus en plus près l'un de l'autre, décrivant une spirale de décroissance orbitale qui aboutit inévitablement à une fusion.

Lorsque cette paire d'objets compacts émet de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles, ce rayonnement provoque une perte d'énergie orbitale, laquelle réduit la distance qui les sépare. Or, plus la paire se rapproche, plus le rayonnement d'énergie gravitationnelle est intense, de sorte que ce rayonnement compense et amplifie la perte d'énergie orbitale qui en est la cause, bouclant ainsi un cercle vertueux : une plus faible distance engendre un rayonnement accru, et un rayonnement accru réduit encore davantage la distance, jusqu'à la fusion irréversible des deux objets en un seul.

La fréquence de l'onde gravitationnelle émise par ce couple lors de la spirale finale est directement liée au double de la fréquence orbitale du couple lui-même. Ainsi, les deux fréquences augmentent simultanément, et de plus en plus rapidement, dans les derniers instants précédant la fusion.

La distorsion que cette même onde gravitationnelle produit dans l'espace-temps en atteignant la Terre est cependant extraordinairement faible, et c'est précisément cette infimeté qui exige des détecteurs interférométriques extrêmement sensibles pour pouvoir l'enregistrer.

Lorsqu'au moins l'un des deux objets en fusion est une étoile à neutrons, la fusion de ce couple peut également s'accompagner d'un flash électromagnétique observable, une brève émission de rayons gamma. De ce fait, le même événement de fusion est enregistré simultanément par deux messagers complètement différents. Ainsi, depuis l'orbite de plus en plus rapprochée qui marque le début de ce document jusqu'à ce double enregistrement final, en passant par la boucle de rétroaction qui ramène à la perte d'énergie orbitale et par la fréquence de l'onde gravitationnelle liée à la fréquence orbitale, le couple d'objets compacts, en s'auto-alimentant, finit par être consumé lors d'une fusion unique.

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