L'empreinte de marée des étoiles à neutrons express

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La fusion de deux étoiles à neutrons n'est pas qu'une simple collision. Avant même de se toucher, elles se déforment mutuellement sous l'effet des forces de marée, et cette déformation dépend de la « souplesse » ou de la « rigidité » de la matière à l'intérieur. La matière rigide résiste davantage, la matière souple change plus facilement de forme. La différence se manifeste dans la fréquence et la phase de l'onde gravitationnelle captée par les détecteurs.

Les auteurs de l'étude ont pris deux descriptions différentes de la matière des étoiles à neutrons (équations d'état) et ont vérifié l'intensité que doit avoir le signal pour qu'un réseau de trois détecteurs — ondes gravitationnelles Einstein Telescope et deux Cosmic Explorer — puisse déterminer de manière fiable quelle description est correcte. Ils ont utilisé une analyse bayésienne et ont passé en revue des centaines de milliers de variantes de signaux pour différentes masses d'étoiles et différents contrastes de déformabilité. Le résultat s'est avéré étonnamment élégant : la différence de « force de conviction » entre les modèles (le logarithme du rapport des évidences) croît comme une puissance de l'intensité du signal avec un exposant d'environ 1.8–1.95. L'intensité elle-même est le rapport signal sur bruit (SNR).

Cette loi a pu être dérivée d'un raisonnement simple : la différence d'évidences est proportionnelle au carré du produit du contraste de déformabilité par le SNR. Et lorsque les scientifiques ont calibré la formule sur trois configurations, elle a prédit l'intensité nécessaire pour une quatrième avec une précision de 0.3 %. Cela signifie que, avant même le début des observations, on peut estimer combien de fusions doivent être enregistrées pour trancher la question de la matière des étoiles à neutrons.

Ainsi, l'empreinte de marée devient la clé de la matière la plus dense de l'Univers. Et plus l'onde gravitationnelle est forte, plus cette empreinte se dessine clairement.