Les données d’ondes gravitationnelles révèlent que la plupart des novae rouges lumineuses ne se terminent pas par une fusion d’étoiles à neutrons
Pour la première fois, des astronomes utilisent des observations d’ondes gravitationnelles pour quantifier ce qui se produit lorsque des étoiles dans un système binaire se déchirent mutuellement de façon spectaculaire. La réponse est surprenante : la grande majorité de ces événements produit autre chose que les fusions d’étoiles à neutrons et de trous noirs que LIGO et Virgo peuvent détecter.
L’étude, menée par Dhruv Jain et ses collègues et acceptée pour publication dans l’Astrophysical Journal, aborde une question de longue date sur les novae rouges lumineuses (NRL) : des transitoires optiques brillants qui éclatent lorsque deux étoiles d’un système binaire partagent une enveloppe commune de gaz. Les astronomes soupçonnent depuis longtemps que ces événements pourraient être le signe de naissance de systèmes binaires compacts qui finiraient par fusionner en produisant des ondes gravitationnelles. Ces nouveaux travaux utilisent des données réelles pour tester cette hypothèse.
L’équipe compare le taux observé de novae rouges lumineuses mesuré par le Zwicky Transient Facility (ZTF) avec le taux de fusion par ondes gravitationnelles mesuré lors de la quatrième campagne d’observation de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). Leur résultat central est frappant : seulement environ 0,1 % des NRL produisent des fusions binaires d’étoiles à neutrons (BNS) ou d’étoiles à neutrons–trou noir (NSBH) dans l’âge de l’univers.
Enveloppes communes et leurs conséquences
Une nova rouge lumineuse se produit lorsque les couches externes de deux étoiles dans un système binaire proche deviennent partagées, formant une seule « enveloppe commune » de gaz qui entoure les deux cœurs stellaires. La friction au sein de cette enveloppe fait spiraler les cœurs vers l’intérieur, éjectant la matière de l’enveloppe dans l’espace et produisant la luminescence optique rouge caractéristique.
Le schéma conventionnel supposait que ce processus de spiralisation pouvait resserrer si radicalement l’orbite des cœurs stellaires restants qu’ils finiraient par fusionner en un système binaire compact, détectable par les observatoires d’ondes gravitationnelles. Mais les chiffres ne concordent jamais : le taux observé de NRL est bien plus élevé que le taux de fusions binaires compactes que les détecteurs d’ondes gravitationnelles voient.
L’équipe de Jain construit un cadre rigoureux pour quantifier ce décalage. En utilisant le taux de NRL de ZTF et en appliquant des modèles de distribution des délais pour estimer le temps nécessaire à une binaire compacte pour fusionner, ils calculent combien de NRL devraient produire des fusions par ondes gravitationnelles si chaque NRL menait à une binaire compacte. Le taux prédit est supérieur de plusieurs ordres de grandeur à ce que LVK a observé.
Une fraction de pour cent
La contrainte dérivée d’environ un sur mille signifie que la grande majorité des éjections d’enveloppes communes ont des résultats différents. L’alternative principale est une fusion stellaire directe : les deux cœurs à l’intérieur de l’enveloppe commune entrent en collision et coalescent avant de pouvoir former une orbite suffisamment serrée pour produire un événement d’onde gravitationnelle détectable. Certains systèmes peuvent également produire des binaires larges qui ne fusionnent jamais dans le temps de Hubble.
Le résultat fournit une ancre observationnelle pour les modèles d’évolution binaire qui reposent depuis longtemps sur des hypothèses théoriques concernant l’efficacité des enveloppes communes. Si la plupart des NRL produisent des fusions stellaires au lieu de binaires compactes, la phase d’enveloppe commune est bien moins efficace pour resserrer les orbites que ne le supposent de nombreux modèles.
L’article est disponible sur arXiv sous l’identifiant 2511.19243 et a été accepté pour publication dans l’Astrophysical Journal.
Traduit par Lydie