Résumé :
Récemment, en s'appuyant sur la sensibilité de détection ultra-élevée de China Sky Eye FAST, l'équipe d'étude des pulsars du plan galactique FAST dirigée par le chercheur Han Jinlin de l'Observatoire astronomique national a fait une découverte importante et capturé un système d'étoiles à neutrons doubles PSRJ1856-0039 sur une orbite étroite. Ce système est un système binaire d'étoiles à neutrons avec une période orbitale extrêmement courte et la masse totale la plus légère actuellement connue. De multiples résultats d’observations ont vérifié avec précision la théorie générale de la relativité, offrant ainsi un nouvel objectif clé pour l’exploration de l’astrophysique extrême, de la nature de la gravité et de l’origine des éléments de l’univers. Les résultats de recherche pertinents ont été publiés dans Physical Review Letters (PRL) le 15 septembre 2026 et ont été sélectionnés par l’éditeur de la revue comme résultat clé de la recommandation.
Les étoiles à neutrons sont des restes de corps célestes extrêmement denses formés après la mort et l'effondrement d'étoiles massives. Ils fonctionnent selon des règles précises et stables et sont connus comme « l’horloge de précision de l’univers ». Le système binaire d’étoiles à neutrons est constitué de deux étoiles à neutrons en orbite l’une autour de l’autre. Il s'agit d'un système de corps célestes spécial extrêmement rare dans l'univers. Jusqu’à présent, seuls 30 cas ont été découverts par des humains. Ce type de système céleste s’est formé après deux explosions de supernova et fusionnera et évoluera à l’avenir grâce au rayonnement des ondes gravitationnelles. C'est une source importante de naissance d'éléments lourds tels que l'or et le platine dans l'univers. C'est également un laboratoire naturel idéal pour étudier les états de matière à extrêmement haute densité, tester la relativité générale et analyser le mécanisme des explosions de supernova. Parmi elles, les étoiles à neutrons doubles à courte période ont des effets relativistes plus forts et des temps de fusion plus courts, et ont une valeur de recherche scientifique particulièrement exceptionnelle. Ils ont toujours été l’objectif scientifique principal des études de pulsars réalisées par les radiotélescopes internationaux à grande échelle.
En tant que radiotélescope à ouverture unique le plus sensible au monde, FAST est équipé d'un récepteur de refroidissement à 19 faisceaux en bande L haute performance et possède des capacités de détection de pulsar extrêmement puissantes. Dans cette étude, l’équipe s’est appuyée sur un mode d’observation instantané développé par elle-même pour mener une recherche systématique à grande échelle de pulsars du plan galactique et a jusqu’à présent découvert avec succès environ 900 nouveaux pulsars. Grâce à un suivi continu d'observations précises, l'équipe a identifié de nombreux cas de systèmes célestes spéciaux, et le PSRJ1856-0039 a été l'une des découvertes révolutionnaires.
Les données d'observation montrent que la période orbitale de ce système d'étoiles à neutrons binaires n'est que de 2,36 heures, ce qui le place au deuxième rang parmi les systèmes d'étoiles à neutrons binaires connus. La période orbitale extrêmement courte signifie que la distance entre les deux étoiles à neutrons est extrêmement petite et que les orbites des étoiles binaires en orbite l’une autour de l’autre sont extrêmement denses. C’est l’un des systèmes binaires d’étoiles à neutrons présentant les effets relativistes les plus importants actuellement connus. Dans le même temps, ce système a rafraîchi la limite inférieure de la masse des étoiles à neutrons doubles connue de l'humanité. La masse globale n'est que de 2,488 fois celle du soleil, ce qui en fait la combinaison d'étoiles à neutrons doubles la plus légère jamais découverte. Parmi eux, la masse du pulsar visible est d'environ 1,30 fois la masse du soleil, et la masse de l'étoile à neutrons compagnon est d'environ 1,19 fois la masse du soleil. Cette étoile compagne se classe parmi les étoiles à neutrons les plus légères connues au monde, se rapprochant de la limite inférieure de masse théorique des étoiles à neutrons, fournissant ainsi de fortes contraintes pour l'analyse précise du mécanisme physique des explosions de supernova.
Grâce à son orbite extrêmement dense, le système possède un environnement gravitationnel extrêmement fort, et l'équipe de recherche a réussi à observer un certain nombre d'effets relativistes évidents. Ils ont détecté avec précision la précession périastre de l'orbite elliptique, le décalage vers le rouge de la fréquence des photons provoqué par le fort champ gravitationnel, l'effet de dilatation du temps provoqué par un mouvement à grande vitesse, ainsi que la perte d'énergie du système due au rayonnement continu des ondes gravitationnelles et à la lente décroissance de la période orbitale. Les calculs des données montrent que le rapport entre la valeur d'atténuation de la période orbitale mesurée cette fois et la valeur prédite par la relativité générale est de 1,009 ± 0,014, confirmant l'exactitude de la relativité générale.
Selon la déduction du modèle de l'équipe, le système fusionnera dans environ 82 millions d'années et finira par former une étoile à neutrons plus massive avec une forte probabilité. Cette voie évolutive particulière joue un rôle important dans la résolution du problème de l’équation d’état à l’intérieur de l’étoile à neutrons et dans l’exploration de l’origine des éléments lourds tels que l’or et le platine dans l’univers.
Le système a également la capacité de réaliser des percées scientifiques ultérieures. Son inclinaison orbitale extrêmement faible et sa période orbitale extrêmement courte créent d'excellentes conditions pour détecter l'effet de traînée du cadre de référence produit lorsque le pulsar tourne. Actuellement, seuls un ou deux exemples de systèmes binaires d’étoiles à neutrons ont le potentiel de détecter cet effet. L’effet de traînée du référentiel est directement lié à l’inertie rotationnelle de l’étoile à neutrons. Par la suite, en s'appuyant sur les observations continues de haute précision de FAST, il devrait mesurer avec précision l'inertie rotationnelle de l'étoile à neutrons. Combinées aux données de masse des étoiles à neutrons mesurées avec précision, l'observation et la recherche à long terme peuvent fournir des contraintes clés pour des questions scientifiques de pointe telles que la révélation de l'état matériel interne des étoiles à neutrons et l'exploration des caractéristiques fondamentales de la gravité spatio-temporelle.
Cette recherche est soutenue par des projets clés de recherche et développement du ministère des Sciences et de la Technologie et par des projets d'institutionnalisation de l'Académie chinoise des sciences. Pour en savoir plus sur le projet « FAST Galactic Plane Pulsar Survey » et les données associées, veuillez visiter le site Web du projet : http://zmtt.bao.ac.cn/GPPS/.
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