La détection des ondes gravitationnelles (GWs) depuis 2015, avec les interféromètres LIGO et Virgo, a permis d’explorer les derniers instants d’astres stellaires binaires massifs tels que les trous noirs (BBH) et les étoiles à neutrons (BNS). Les interféromètres permettent de mesurer les paramètres physiques des ces couples de résidus d’étoiles au moment de leur fusion (distance, masse des astres avant leur fusion, énergie émise, etc.).
Entre 2015 et 2020, six événements de type BNS ont été détectés en GW. L’un de ces événements, GW 170817 a coïncidé avec un sursaut gamma et une source optique a été identifiée dans une galaxie située à 40 Mpc. La contre partie optique a été caractérisée comme étant une kilonova dont l’existence n’était soupçonnée que théoriquement. Cette détection a généré beaucoup d’engouements pour étudier les mécanismes de production d’énergie des kilonovae. Notamment, ces astres sont soupçonnés d’être les producteurs majoritaires des noyaux atomiques de type lanthanides provenant de mécanismes de nucléosynthèse rapides. Il est donc important de caractériser les kilonovae qui seront associées aux détections d’ondes gravitationnelles qui reprendront en 2022.
La recherche optique des contre parties de GWs est importante pour compléter nos connaissances sur la nature des progéniteurs et sur les processus physiques impliqués dans l’émission d’énergie. En particulier, la courbe de lumière est très chromatique. La montée d’éclat dure entre 0.5 jour pour la bande B et 10 jours pour la bande K. Cette différence est interprétée comme la caractéristique de la production des lanthanides. On remarque donc l’intérêt d’observer dans l’infrarouge qui n’exige pas une réactivité aussi contraignante que dans le visible.
La kilonova associée à GW 170817 est donc le seul événement de ce type et il est délicat d’extrapoler pour les observations à venir. Néanmoins, ces objets sont attendus à la magnitude infrarouge d’environ 18 dans des galaxies situées vers 200 Mpc (distances limitées par la détectivité des interféromètres à ondes gravitationnelles). Une bonne résolution angulaire permet de séparer clairement le noyau de la galaxie de la kilonova et de faciliter la mesure photométrique.
Le télescope T1M du Pic du midi bénéficie de conditions idéales (haute résolution angulaire, transparence infrarouge) pour assurer un bon suivi photométrique des kilonovae. Couplée aux observations de la caméra visible, la caméra infrarouge permettra donc de contribuer à l’étude photométrique des kilonovae et de contraindre les théories de la nucléosynthèse explosive.