Les ondes gravitationnelles des pulsars pourraient être utilisées pour sonder l’intérieur du Soleil

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L’astronomie des ondes gravitationnelles en est encore à ses débuts. Jusqu’à présent, il s’est concentré sur les sources d’ondes gravitationnelles les plus énergétiques et les plus distinctes, telles que les fusions cataclysmiques des trous noirs et des étoiles à neutrons. Mais cela changera à mesure que nos télescopes gravitationnels s’amélioreront, et cela permettra aux astronomes d’explorer l’univers d’une manière auparavant impossible.

Bien que les ondes gravitationnelles présentent de nombreuses similitudes avec les ondes lumineuses, une différence distincte est que la plupart des objets sont transparents aux ondes gravitationnelles. La lumière peut être absorbée, diffusée et bloquée par la matière, mais les ondes gravitationnelles ne font que traverser la matière. Ils peuvent être lentilles par la masse d’un objet, mais pas complètement bloqués. Cela signifie que les ondes gravitationnelles pourraient être utilisées comme un outil pour scruter l’intérieur des corps astronomiques, de la même manière que les rayons X ou l’IRM nous permettent de voir à l’intérieur du corps d’un humain.

C’est l’idée derrière une étude récente sur la façon dont les ondes gravitationnelles pourraient être utilisées pour sonder l’intérieur du Soleil. Le Soleil est si incroyablement chaud et dense que la lumière ne peut pas le pénétrer. Même la lumière produite dans le noyau du Soleil met plus de 100 000 ans pour atteindre la surface du Soleil. Notre seule information sur l’intérieur du Soleil provient de l’héliosismologie, où les astronomes étudient les vibrations de la surface du Soleil causées par les ondes sonores à l’intérieur du Soleil.

Dans cette nouvelle étude, l’équipe examine comment les ondes gravitationnelles des étoiles à neutrons à rotation rapide pourraient être utilisées pour étudier le Soleil. Bien qu’un objet en rotation parfaitement lisse ne crée pas d’ondes gravitationnelles, les objets en rotation asymétriques le font. Les étoiles à neutrons peuvent avoir des déformations ou des élévations montagneuses causées par leur chaleur intérieure ou leurs champs magnétiques. Si une telle étoile à neutrons tourne rapidement, elle produit un flux continu d’ondes gravitationnelles. Ces ondes gravitationnelles sont trop faibles pour être observées par les télescopes actuels, mais la prochaine génération d’observatoires gravitationnels devrait pouvoir les détecter.

a trajectoire de trois étoiles à neutrons derrière le Soleil. Crédit : Takahashi et al

Étant donné que les étoiles à neutrons sont assez courantes dans la galaxie, certaines d’entre elles sont positionnées de telle sorte que le Soleil passe devant elles de notre point de vue. Sur plus de 3 000 pulsars connus, environ 500 d’entre eux sont de bons candidats pour les sources d’ondes gravitationnelles, et parmi ceux-ci, 3 d’entre eux sont connus pour passer derrière le Soleil. L’équipe a utilisé les profils de ces trois pulsars comme point de départ.

Puisque le Soleil est transparent aux ondes gravitationnelles, le seul effet que le Soleil a sur elles est à travers sa masse gravitationnelle. Lorsque les ondes traversent le Soleil, elles sont un peu lentilles gravitationnelles. La quantité de lentilles dépend de la masse du Soleil et de la distribution de cette masse. L’équipe a découvert qu’avec des mesures appropriées, les observations d’ondes gravitationnelles pouvaient mesurer le profil de densité du soleil avec une précision de 3 sigma.

Les trois pulsars connus ne sont probablement qu’une infime partie des sources d’ondes gravitationnelles qui passent derrière le Soleil. La plupart des étoiles à neutrons ont une orientation de spin qui ne dirige pas les flashs radio dans notre direction, mais elles pourraient toujours être utilisées comme sondes gravitationnelles. Il y a probablement des centaines d’étoiles à neutrons à rotation rapide qui passent derrière le Soleil au cours d’une année. Ainsi, comme nous sommes capables d’observer leurs ondes gravitationnelles, elles devraient nous donner une excellente vue à l’intérieur de notre étoile la plus proche.

Référence : Ryuichi Takahashi, Soichiro Morisaki et Teruaki Suyama. « Sonder l’intérieur solaire avec des ondes gravitationnelles lentilles provenant de pulsars connus. prépublication arXiv arXiv:2304.08220 (2023).

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