Les scientifiques ont détecté des ondulations dans l’espace-temps de la collision violente de deux trous noirs massifs qui se sont éloignés les uns des autres bien au-delà du bord éloigné de la Voie lactée.
Les trous noirs, chacun plus de 100 fois la masse du soleil, ont commencé à se tourner il y a longtemps et ont finalement claqué ensemble pour former un trou noir encore plus massif à environ 10 milliards d’années-lumière de la Terre.
L’événement est la fusion de trous noirs la plus massive jamais enregistrée par des détecteurs d’ondes gravitationnels et a forcé les physiciens à repenser leurs modèles de la façon dont les objets énormes se forment. Le signal a été enregistré lorsqu’il a frappé des détecteurs sur la Terre suffisamment sensibles pour détecter les frissons dans des milliers de fois plus petits que la largeur d’un proton.
“Ce sont les événements les plus violents que nous pouvons observer dans l’univers, mais lorsque les signaux atteignent la Terre, ce sont les phénomènes les plus faibles que nous pouvons mesurer”, a déclaré le professeur Mark Hannam, chef de l’Institut Gravity Exploration de l’Université de Cardiff. “Au moment où ces ondulations se lavent sur Terre, elles sont minuscules.”
Des preuves de la collision des trous noirs sont arrivées juste avant 14 heures, heure du Royaume-Uni, le 23 novembre 2023, lorsque deux détecteurs basés aux États-Unis à Washington et en Louisiane, opérés par l’Observatoire à ondes gravitationnelles interféromètres laser (LIGO), se sont contractées en même temps.
Le détecteur de l’observatoire gravitationnel interféromé au laser (LIGO). Photographie: Caltech / MIT / Ligo Lab
Le spasme soudain de l’espace-temps a fait s’étirer et la presser pour un dixième de seconde, un moment éphémère qui a capturé la soi-disant phase de ringdown alors que les trous noirs fusionnés en formaient un nouveau qui «sonnait» avant de s’installer.
L’analyse du signal a révélé que les trous noirs en collision étaient 103 et 137 fois la masse du soleil et tournaient environ 400 000 fois plus rapidement que la Terre, près de la limite théorique des objets.
“Ce sont les plus hautes masses de trous noirs que nous avons mesurés avec confiance avec des ondes gravitationnelles”, a déclaré Hannam, membre de la collaboration scientifique LIGO. “Et ils sont étranges, parce qu’ils sont à gifler dans la gamme de masses où, à cause de toutes sortes de choses étranges qui se produisent, nous ne nous attendons pas à ce que les trous noirs se forment.”
La plupart des trous noirs se forment lorsque des étoiles massives manquent de combustible nucléaire et s’effondrent à la fin de leur cycle de vie. Les objets incroyablement denses déforment tellement l’espace-temps qu’ils créent un horizon d’événements, une frontière dans laquelle même la lumière ne peut pas s’échapper.
Signature d’ondes gravitationnelles détectée aux deux instruments américains. Photographie: Caltech / MIT / Ligo Lab
Les physiciens de LIGO soupçonnent les trous noirs qui ont fusionné étaient eux-mêmes des produits de fusions antérieures. Cela expliquerait comment ils sont devenus si massifs et pourquoi ils tournaient si vite, car la fusion des trous noirs a tendance à donner un rotation à l’objet qu’ils créent. “Nous en avons déjà vu des indices, mais c’est l’exemple le plus extrême où c’est probablement ce qui se passe”, a déclaré Hannam.
Les scientifiques ont détecté environ 300 fusions de trous noirs des ondes gravitationnelles qu’ils génèrent. Jusqu’à présent, la fusion la plus massive connue a produit un trou noir environ 140 fois la masse du soleil. La dernière fusion a produit un trou noir jusqu’à 265 fois plus massif que le soleil. Les détails doivent être présentés lundi à la réunion GR-Amaldi à Glasgow.
Avant que les premiers détecteurs d’ondes gravitationnels ne soient construits dans les années 1990, les scientifiques ne pouvaient observer l’univers que par un rayonnement électromagnétique tel que la lumière visible, l’infrarouge et les ondes radio. Les observatoires d’ondes gravitationnelles offrent une nouvelle vision du cosmos, permettant aux chercheurs de voir des événements qui leur étaient autrement cachés.
“Habituellement, ce qui se passe dans la science est que lorsque vous regardez l’univers d’une manière différente, vous découvrez des choses auxquelles vous ne vous attendez pas et que toute votre image est transformée”, a déclaré Hannam. «Les détecteurs que nous avons prévus pour les 10 à 15 prochaines années pourront voir toutes les fusions de trou noir dans l’univers, et peut-être quelques surprises auxquelles nous ne nous attendions pas.»
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