Grâce à ses « bras » interférométriques de 2,5 millions de kilomètres, LISA (Laser Interferometer Space Antenna) pourra observer les ondes gravitationnelles de basses fréquence, émises par des systèmes binaires de notre galaxie, plusieurs milliers d'années avant la fusion des astres compagnons (dans leur phase dite « spiralante »), la fusion des astres étant observée par les détecteurs au sol.

Les observations de cette phase spiralante permettront de relier la forme des ondes gravitationnelles à la structure et à la dynamique internes des astres compagnons, et donc de mieux comprendre l'état de la matière en leur sein, leur déformabilité ou encore leur magnétisme.

Plus précisément, une équipe de l'Observatoire de Paris et de l'Irfu a démontré comment l'effet du magnétisme au sein d'un système binaire galactique pourra être sondé par LISA.

Comprendre le magnétisme intense de binaires galactiques

Les objets compacts composant les binaires galactiques ont une masse voisine de celle du Soleil et un rayon allant d'une dizaine de kilomètres (étoiles à neutrons) à une dizaine de milliers de kilomètres (naines blanches). Ils comptent également parmi les corps les plus fortement magnétisés de l'Univers, avec des champs magnétiques qui peuvent atteindre 10⁵ teslas (naines blanches), voire 10¹¹ teslas (étoiles à neutrons, incluant les magnétars, pour les plus magnétisées d'entre elles).

Ces champs magnétiques extrêmes peuvent perturber significativement les mouvements orbitaux des systèmes binaires, offrant ainsi une possibilité de caractérisation indirecte, via les ondes gravitationnelles.

LISA devrait permettre de mieux comprendre l'origine de ce magnétisme intense ainsi que les mécanismes assurant sa stabilité sur de longues échelles de temps.

Le magnétisme dans le signal des ondes gravitationnelles

Les astrophysiciens ont quantifié l'effet des champs magnétiques sur l'orbite des astres d'un système binaire en supposant que l'interaction est dominée par un effet dipôle-dipôle agissant à deux niveaux :

• sur l'orientation des moments magnétiques,
• sur le déplacement relatif des centres de masses.

Ils sont parvenus à isoler la contribution magnétique dans le signal gravitationnel. Les fréquences contenues dans le signal sont toutes décalées d'une valeur variant avec la fréquence considérée. Cet effet permet notamment d'extraire du signal gravitationnel des contraintes sur le magnétisme.

En observant plusieurs dizaines de milliers de systèmes binaires galactiques, LISA permettra donc de préciser la nature du magnétisme au sein des naines blanches, des étoiles à neutrons et des étoiles qui les engendrent (progéniteurs).