Astrophysiciens révèlent 161 nouveaux trous noirs “recyclés” grâce aux ondes gravitationnelles

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L’énigme des trous noirs « impossibles » résolue

Pendant longtemps, la physique stellaire conventionnelle considérait certaines masses comme une anomalie, voire une impossibilité. Entre les trous noirs classiques, issus de l’effondrement d’étoiles massives (10 à 40 fois la masse du Soleil), et les trous noirs supermassifs au centre des galaxies, se situait une zone grise : les objets pesant entre 40 et 100 masses solaires. Ils étaient trop lourds pour naître de la mort d’une étoile isolée, mais trop légers pour résulter de l’effondrement d’un nuage de matière gigantesque. Une étude publiée par WIRED explique que les chercheurs ont désormais la preuve que l’univers recycle ses trous noirs. En analysant les ondes gravitationnelles, l’équipe a identifié une population de trous noirs lourds qui ne pourraient pas être des objets « de première génération ». Ces derniers présentent une signature statistique unique : ils tournent très rapidement et de manière chaotique. « C’est la signature exacte à laquelle on s’attendrait si les trous noirs fusionnaient de manière répétée au sein d’amas stellaires denses. » Isobel M., via WIRED Cette rotation chaotique indique que ces objets sont le produit de collisions passées, devenant ainsi des trous noirs de « deuxième génération ».

Une explosion de données avec le catalogue GWTC-5.0

L’échelle de cette découverte est portée par une augmentation massive de la sensibilité des détecteurs. Grâce aux mises à niveau de LIGO et à la relance de l’observatoire Virgo en Italie, les scientifiques capturent désormais jusqu’à trois ou quatre signaux par semaine. Le nouveau catalogue GWTC-5.0 rapporté par la Simons Foundation marque un tournant, doublant presque le nombre de collisions de trous noirs identifiées à ce jour. « Avec ce catalogue, nous disposons désormais de suffisamment de données pour commencer à démêler les propriétés de ces trous noirs et pour comprendre d’où ils viennent. » Maximiliano Isi, chercheur à la Flatiron Institute, via Simons Foundation Cette richesse de données permet non seulement de caractériser les trous noirs, mais aussi d’affiner les mesures du taux d’expansion de l’univers, une question fondamentale de la cosmologie actuelle.

Trois voies de formation pour les systèmes binaires

L’analyse des données suggère que les trous noirs ne suivent pas un chemin unique, mais empruntent plusieurs « lignes d’assemblage » cosmiques. Selon les chercheurs de Monash University, cités par Mirage News, trois scénarios de formation se distinguent :

• L’effondrement d’un nuage de gaz géant donnant naissance à deux étoiles massives qui deviennent ensuite des trous noirs.
• La rencontre fortuite de trous noirs errant au sein d’environnements denses, tels que des amas stellaires.
• Le résultat de fusions successives entre trous noirs déjà existants.

Le projet, dirigé par Sharan Banagiri, souligne que ces différentes populations se manifestent par des caractéristiques physiques distinctes, notamment au niveau de leur masse et de leur vitesse de rotation. « Le GWTC-5 représente l’augmentation la plus importante de la taille du catalogue d’ondes gravitationnelles, incluant des événements aux propriétés remarquables telles que GW241127, qui contient des trous noirs de masses très différentes avec des orbites nettement oscillantes dues à des spins inclinés. Le nouveau catalogue contient également l’événement avec la meilleure localisation dans le ciel à ce jour, GW240615. » Sylvia Biscoveanu, professeure à l’Université Princeton, via Mirage News

Vers une meilleure compréhension de l’expansion de l’univers

Au-delà de la simple identification de nouveaux objets, ces observations fournissent une preuve supplémentaire de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. En observant les ondulations de l’espace-temps, les astrophysiciens peuvent cartographier l’histoire de l’univers. Cependant, des zones d’ombre subsistent, notamment concernant les trous noirs supermassifs qui habitent le cœur des galaxies. Les questions fondamentales soulevées par Science News Explores rappellent que si nous comprenons mieux les collisions, l’origine des monstres les plus gigantesques reste un mystère. « D’où viennent-ils ? Je ne sais toujours pas. » Marta Volonteri, astrophysicienne à l’Institut d’astrophysique de Paris, via Science News Explores Alors que les détecteurs continuent d’accumuler des signaux, la prochaine étape consistera à utiliser cette population de trous noirs de différentes générations pour mesurer avec une précision inédite la façon dont l’univers s’étend.