Utiliser les ondes gravitationnelles pour observer les effets thermiques lors des fusions d'étoiles à neutrons binaires

Dans une étude publiée dans Les lettres du journal astrophysiqueles chercheurs ont examiné les fusions d'étoiles à neutrons à l'aide de THC_M1, un code informatique qui simule les fusions d'étoiles à neutrons et tient compte de la courbure des espaces-temps, due au fort champ gravitationnel des étoiles, et des processus de neutrinos dans la matière dense.

Les chercheurs ont testé les effets thermiques sur la fusion en faisant varier la capacité thermique spécifique dans l’équation d’état, qui mesure la quantité d’énergie nécessaire pour augmenter d’un degré la température de la matière des étoiles à neutrons. Pour garantir la robustesse des résultats, les chercheurs ont effectué des simulations à deux résolutions. Ils ont répété les essais à plus haute résolution avec un traitement neutrino plus approximatif.

Lorsque deux étoiles à neutrons tournent l’une autour de l’autre, elles libèrent des ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles. Ces ondulations sapent l’énergie de l’orbite jusqu’à ce que les deux étoiles finissent par entrer en collision et fusionner en un seul objet. Les scientifiques ont utilisé des simulations sur superordinateurs pour explorer comment le comportement de différents modèles de matière nucléaire affecte les ondes gravitationnelles libérées après ces fusions. Ils ont découvert une forte corrélation entre la température des restes et la fréquence de ces ondes gravitationnelles. Les détecteurs de nouvelle génération seront capables de distinguer ces modèles les uns des autres.

Les scientifiques utilisent les étoiles à neutrons comme laboratoires pour la matière nucléaire dans des conditions impossibles à sonder sur Terre. Ils utilisent les détecteurs d’ondes gravitationnelles actuels pour observer les fusions d’étoiles à neutrons et découvrir le comportement de la matière froide et ultra-dense. Cependant, ces détecteurs ne peuvent pas mesurer le signal après la fusion des étoiles. Ce signal contient des informations sur la matière nucléaire chaude.

Les futurs détecteurs seront plus sensibles à ces signaux. Parce qu'ils seront également capables de distinguer différents modèles les uns des autres, les résultats de cette étude suggèrent que les prochains détecteurs aideront les scientifiques à créer de meilleurs modèles pour la matière nucléaire chaude.

Ce travail a utilisé les ressources informatiques disponibles via le National Energy Research Scientific Computing Center, le Pittsburgh Supercomputing Center et l’Institute for Computational and Data Science de la Pennsylvania State University.