A3 Fusion binaire compacte

Topique

L'élément central de ce modèle est la fusion de deux objets compacts.

Deux objets compacts — étoiles à neutrons, trous noirs, ou une combinaison des deux — en orbite l'un autour de l'autre perdent de l'énergie orbitale en émettant des ondes gravitationnelles. Cette perte d'énergie réduit la distance qui les sépare, et cette diminution de distance, à son tour, augmente l'intensité de leur rayonnement, bouclant ainsi un cercle vertueux : une distance plus faible engendre plus de rayonnement, et plus de rayonnement réduit encore la distance, jusqu'à la fusion inévitable des deux objets.

La fréquence de l'onde gravitationnelle émise lors de cette spirale finale est toujours le double de la fréquence orbitale du système, de sorte que les deux fréquences croissent simultanément, de plus en plus rapidement, dans les derniers instants précédant la fusion.

L'amplitude de cette onde, lorsqu'elle atteint la Terre, diminue avec la distance qui sépare la Terre de la source, et augmente avec la masse du système et la vitesse des corps en fusion. Mais même ainsi, cette amplitude est si infime que sa détection exige la mesure, sur les bras d'un interféromètre de plusieurs kilomètres de long, d'une variation de longueur bien inférieure à la taille d'un noyau atomique. Deux trous noirs de trente masses solaires chacun, orbitant à une distance d'à peine un dixième d'unité astronomique, mettraient des millions d'années à fusionner spontanément, confirmant que les événements effectivement détectés ne sont que l'étape finale d'une spirale bien plus longue et bien plus lente. Ainsi, de la paire d'objets compacts qui ouvre ce document jusqu'à cette étape finale détectée qui le conclut, en passant par la boucle d'auto-renforcement et la fréquence d'onde liée à la fréquence orbitale, la fusion de binaires compactes fait que des millions d'années d'orbite silencieuse sont résolues, dans ses derniers instants, en une fraction de seconde de fusion catastrophique.

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