GW200105 est un signal d’ondes gravitationnelles détecté le 5 janvier 2020 par les détecteurs LIGO et Virgo. Il correspond à la fusion d’un trou noir d’environ 8,9 masses solaires avec une étoile à neutrons d’environ 1,9 masse solaire — l’un des deux premiers événements à confirmer l’existence de fusions de ce type mixte, longtemps théorisées mais jamais directement détectées auparavant.
Description
Les fusions entre trous noirs et étoiles à neutrons constituent la troisième grande catégorie de sources d’ondes gravitationnelles, après les fusions trou noir — trou noir et étoile à neutrons — étoile à neutrons. Elles sont particulièrement intéressantes car elles pourraient produire à la fois des ondes gravitationnelles et un signal électromagnétique, si le trou noir déchire l’étoile à neutrons avant de l’avaler — un processus appelé disruption par effet de marée.
Dans le cas de GW200105, le rapport de masse entre les deux objets est élevé — le trou noir est environ 4,5 fois plus massif que l’étoile à neutrons. Dans ce régime, les modèles théoriques prédisent que le trou noir avale l’étoile à neutrons sans disruption notable, ne laissant pas de matière éjectée susceptible de produire une contrepartie électromagnétique. C’est cohérent avec l’absence de détection de signal lumineux associé à cet événement.
Le signal gravitationnel de GW200105 a été principalement capté par LIGO Livingston, LIGO Hanford étant hors service pour maintenance. Cette configuration a rendu la localisation du signal très imprécise, couvrant une grande région du ciel.
Observation
Aucune contrepartie électromagnétique n’a été détectée :
- En rayons gamma : aucun sursaut gamma associé signalé par Fermi ou Swift
- En optique : aucune kilonova identifiée malgré des recherches intensives
- En ondes radio : aucun signal radio associé détecté
L’absence de contrepartie est cohérente avec les modèles prédisant une avalement direct de l’étoile à neutrons sans disruption pour ce rapport de masse.
Particularités
GW200105 et son événement complémentaire GW200115 (détecté dix jours plus tard) constituent ensemble la première confirmation directe de fusions trou noir — étoile à neutrons. Cette découverte, annoncée en juin 2021, a comblé l’une des dernières lacunes observationnelles de l’astronomie des ondes gravitationnelles, confirmant l’existence d’une classe de systèmes binaires que les astronomes avaient longtemps recherchée en vain.
La masse du trou noir impliqué (~8,9 masses solaires) est bien caractéristique des trous noirs stellaires formés par l’effondrement d’étoiles massives dans la Voie Lactée et ses satellites. La masse de l’étoile à neutrons (~1,9 masse solaire) est légèrement élevée par rapport à la moyenne des étoiles à neutrons connues, mais reste dans la fourchette observée pour cette classe d’objets.
Ces deux événements ouvrent la voie à une nouvelle ère de l’astronomie multi-messagers, où la détection simultanée d’ondes gravitationnelles et de signaux électromagnétiques permettra de sonder la physique de la matière dense dans des conditions inaccessibles aux laboratoires terrestres.