En 2017, les détecteurs LIGO et Virgo ont enregistré la vibration de l’espace-temps provoquée par la collision de deux fusions d’étoiles à neutrons dans un système binaire. Après l’impact, le vestige ultra-dense nouveau-né s’est mis à vibrer comme une cloche. Ses oscillations sont des ondes gravitationnelles à des fréquences de milliers de hertz. La hauteur de ce « son » indique dans quelle mesure la matière résiste à la compression — c’est-à-dire sa vitesse du son.

Dans la vie quotidienne, c’est bien connu : plus un matériau est rigide, plus le son s’y propage vite. Dans l’acier, plus vite que dans le caoutchouc. À l’intérieur d’une étoile à neutrons, la rigidité est inimaginable, et la vitesse du son peut presque rattraper la vitesse de la lumière. L’idée des ondes gravitationnelles a été avancée pour la première fois par Albert Einstein, et la solution exacte pour les objets compacts a été trouvée par Karl Schwarzschild. Les étoiles à neutrons elles-mêmes ont été découvertes en 1967, lorsque Jocelyn Bell Burnell a remarqué les pulsars.

S’appuyant sur ces faits, les astrophysiciens ont construit des simulations numériques informatiques avec différentes rigidités de la matière. Il s’est avéré que la fréquence du signal gravitationnel après la collision est directement liée à la vitesse du son. Une matière trop molle se compresse rapidement en un trou noir, sans presque rien éjecter. Une matière trop rigide donne un faible rebond et peu d’éjections. Mais avec une rigidité modérée, beaucoup de matière est éjectée et une brillante kilonova (émission lumineuse due aux éjections) apparaît, où se déroule la nucléosynthèse d’éléments lourds — or, platine, uranium.

Les futurs détecteurs, comme l’Einstein Telescope, pourront capter les tonalités en kilohertz des fusions et déterminer en temps réel la rigidité de la matière nucléaire. Ainsi, le chant des étoiles à neutrons révélera les secrets de leurs profondeurs.