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Des simulations numériques de la fusion des étoiles à neutrons

Cette année, des ondes gravitationnelles ont été détectées pour la première fois. Elles émanaient de deux trous noirs en fusion. La compréhension de la fusion des étoiles à neutrons sera essentielle à l'interprétation des propriétés de leurs ondes gravitationnelles.
Des simulations numériques de la fusion des étoiles à neutrons
Grâce à l'enveloppe européenne, le projet EOSDNSM (Equation of state dependence of neutron star mergers) a étudié la fusion des étoiles à neutrons sur la base de simulations numériques. En physique, une équation d'état est un rapport mathématique toujours vrai entre des variables d'état importantes, comme la pression et la densité. Les études avaient deux objectifs principaux: une meilleure compréhension des émissions d'onde gravitationnelle lors de tels évènements, et une analyse du rôle des fusions dans la production d'éléments lourds formés par un processus nucléaire favorisant l'assimilation rapide des neutrons.

L'équipe de chercheurs a réalisé un grand nombre de simulations de la fusion d'étoiles à neutrons sur la base de diverses équations d'état dépendant de la température et de masses binaires variables. Les spectres d'onde gravitationnelle ont été analysés et des liens empiriques pour différents composants du spectre ont été obtenus.

Les modes oscillatoires et les aspects dynamiques des restes de la fusion ont été identifiés et associés à des caractéristiques du signal d'onde gravitationnelle. Les signaux simulés ont été utilisés lors d'analyses des données relatives aux ondes gravitationnelles afin d'établir si elles pouvaient être détectées ainsi que la vitesse correspondante.

Le grand nombre de simulations a confirmé les conclusions précédentes, à savoir le lien étroit entre la fréquence d'oscillation des ondes gravitationnelles dominantes et le rayon des étoiles à neutrons. La définition du rayon des étoiles à neutrons sur la base de l'observation des ondes gravitationnelles repose sur la précision de cette relation. Les résultats du projet faciliteront dès lors une mesure précise du rayon des étoiles à neutrons. La définition de la masse maximale des étoiles à neutrons, sur la base des résultats du projet, influencera ainsi la physique de la matière à haute densité.

Les résultats du projet EOSDNSM ont permis de mieux comprendre les différents mécanismes particulièrement importants pour un système binaire et une équation d'état spécifiques. Cela a permis d'adopter un classement global de la dynamique après la fusion et l'émission d'onde gravitationnelle.

Les travaux permettront d'appréhender les réactions nucléaires pertinentes et les modèles nucléaires théoriques sous-jacents. L'obtention d'une équation d'état claire sur la base des propriétés des éjectats est importante pour les modèles d'évolution chimique ainsi que pour l'interprétation des observations futures des éléments électromagnétiques.

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Mots-clés

Étoiles à neutrons, ondes gravitationnelles, EOSDNSM, équation d'état