Une collision record de trous noirs a choqué les scientifiques par sa taille et sa vitesse. L'événement, détecté par l'observatoire LIGO-Virgo-KAGRA, a vu deux trous noirs massifs - chacun plus de 100 fois plus massif que notre soleil - fusionner pour former un géant cosmique en rotation. Le résultat final est un trou noir plus de 225 fois plus massif que le Soleil, tournant à des vitesses proches des limites de la physique. Cette découverte a non seulement battu le précédent record de taille de trou noir, mais a également bouleversé notre compréhension du mécanisme de formation des trous noirs.
Deux trous noirs géants sont entrés en collision dans l’espace profond, formant un monstre ultime qui a bouleversé les théories existantes. Les scientifiques affirment qu’il s’agit de la fusion la plus massive et la plus rapide jamais détectée.
La collaboration LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) a fait une découverte révolutionnaire en détectant la fusion de trous noirs la plus massive jamais enregistrée à l'aide d'ondes gravitationnelles. La détection a été rendue possible grâce aux observatoires LIGO de Hanford et Livingston, financés par la National Science Foundation (NSF). La masse du trou noir formé après la fusion est plus de 225 fois celle du soleil. Le signal, numéroté GW231123, a été capté lors de la quatrième campagne d'observation (O4) du réseau LVK le 23 novembre 2023.
Les masses des deux trous noirs qui ont fusionné cette fois sont estimées respectivement à 100 et 140 fois celle du soleil. Non seulement ils sont de taille énorme, mais ils tournent extrêmement vite. Cette combinaison rend l’analyse des signaux extrêmement difficile et suggère que les origines de ces trous noirs pourraient être extrêmement complexes.
Les ondes gravitationnelles sont de minuscules ondulations dans l’espace-temps produites par des événements cosmiques de haute énergie, tels que la collision d’objets massifs comme des trous noirs ou des étoiles à neutrons. Ces ondes se propagent depuis leur source à la vitesse de la lumière, étirant et comprimant l’espace tout au long de leur parcours. Bien que les ondes gravitationnelles soient extrêmement faibles lorsqu’elles atteignent la Terre, elles transportent des informations précieuses sur la nature, le mouvement et la structure des objets qui les ont produites, offrant ainsi une manière unique d’observer l’univers au-delà de ce que l’énergie lumineuse peut révéler.
"Il s'agit du trou noir binaire le plus massif que nous ayons jamais observé via des ondes gravitationnelles, et il constitue un véritable défi pour notre compréhension de la formation des trous noirs", a déclaré Mark Hannum, professeur à l'Université de Cardiff et membre de la collaboration scientifique LIGO. "Les trous noirs de cette ampleur sont interdits dans les modèles standards d'évolution stellaire. Une possibilité est que les deux trous noirs de cette binaire se soient formés à partir de la fusion de trous noirs plus petits antérieurs."
Les scientifiques ont observé environ 300 fusions de trous noirs grâce aux ondes gravitationnelles, y compris de nouvelles fusions potentielles de trous noirs découvertes dans les observations actuelles d'O4. Avant GW231123, le plus grand trou noir binaire confirmé était associé à l'événement GW190521, qui avait une masse totale nettement inférieure de « seulement » 140 fois la masse du Soleil.
Briser les limites de la détection
La masse élevée et la vitesse de rotation extrêmement rapide du trou noir de GW231123 ont dépassé les limites de la technologie de détection des ondes gravitationnelles et des modèles théoriques existants. Extraire des informations précises à partir des signaux nécessite l’utilisation de modèles théoriques capables d’expliquer la dynamique complexe des trous noirs en rotation rapide.
Le Dr Charlie Hoy de l'Université de Portsmouth a expliqué : "Le trou noir semble tourner très rapidement - proche de la limite autorisée par la théorie de la relativité générale d'Einstein. Cela rend le signal difficile à modéliser et à interpréter. Il s'agit d'une excellente étude de cas pour faire progresser le développement de nos outils théoriques."
Les chercheurs continuent d’affiner leurs analyses et d’améliorer les modèles utilisés pour expliquer ces événements extrêmes. "Il faudra des années aux universitaires pour comprendre pleinement ce modèle de signalisation complexe et toutes ses implications", a déclaré le Dr Gregorio Carullo, professeur adjoint à l'Université de Birmingham. "Même si l'explication la plus probable reste la fusion de trous noirs, des scénarios plus complexes pourraient détenir la clé pour déchiffrer leurs caractéristiques inattendues. Des temps passionnants nous attendent !"
L'astronomie des ondes gravitationnelles entre dans une nouvelle ère
Les détecteurs d'ondes gravitationnelles tels que LIGO aux États-Unis, Virgo en Italie et KAGRA au Japon sont conçus pour mesurer les minuscules distorsions de l'espace-temps provoquées par des événements cosmiques violents tels que la fusion de trous noirs. La quatrième phase d'observation commence en mai 2023 et les résultats de la première phase (jusqu'en janvier 2024) seront publiés plus tard cet été.
"Cet événement a poussé nos capacités d'instrumentation et d'analyse de données à leurs limites actuelles", a déclaré le Dr Sophie Beeny, chercheuse postdoctorale à Caltech. "C'est un exemple puissant de tout ce que nous pouvons apprendre de l'astronomie des ondes gravitationnelles et de ce qu'il reste à découvrir."
Compilé à partir de / scitechdaily