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Deux trous noirs se dirigent vers une collision qui va secouer l’espace-temps

Crédits : Caltech

Une équipe d’astronomes annonce avoir identifié deux trous noirs supermassifs sur le chemin d’une collision inévitable. La rencontre, qui devrait avoir lieu dans dix mille ans environ, devrait secouer le tissu même de l’espace-temps et générer des ondes gravitationnelles. Les détails de l’étude sont publiés dans The Astrophysical Journal Letters.

Dans l’Univers, tout est en mouvement. Et si les distances entre objets sont souvent faramineuses, il arrive parfois que certains d’entre eux se rencontrent. Une équipe de chercheurs vient d’identifier deux trous noirs, qui partagent le nom de PKS 2131-021, enfermés dans l’une de ces danses funestes à environ neuf milliards d’années-lumière de la Terre.

Les deux objets, qui se rapprochent l’un de l’autre depuis environ cent millions d’années, partagent désormais une orbite binaire. Selon l’étude, dans environ dix mille ans, ils seront suffisamment proches pour fusionner. L’événement devrait alors générer des ondes gravitationnelles (des ondulations dans le tissu de l’espace-temps) qui déferleront à travers l’Univers.

Comment les a-t-on découverts ?

PKS 2131-021 est un type spécial de trou noir connu sous le nom de blazar. Imaginez un trou noir supermassif pointant un jet de matière directement vers la Terre. Cette matière provient des anneaux de gaz chauds formés autour. Quand l’un de ces objets aspire ce gaz, de la matière peut en effet s’échapper avant d’être propulsée dans un jet de plasma se déplaçant à une vitesse proche de la lumière.

Cela dit, les chercheurs surveillaient ici la luminosité d’environ 1 800 blazars. Dans les données, ils ont ensuite remarqué que celle du blazar PKS 2131-021 fluctuait à intervalles réguliers, comme les tic-tac d’une horloge. Les chercheurs soupçonnèrent alors que ces variations témoignent de la présence d’un second trou noir en orbite autour du premier. D’après les analyses, les deux objets se tourneraient ainsi autour tous les deux ans environ.

Pour confirmer leurs soupçons, les chercheurs ont puisé dans les données de cinq observatoires, couvrant quarante-cinq années d’observations. Ces analyses correspondaient finalement aux prédictions de l’équipe. Ces travaux ont également permis d’estimer la « date » de cette fusion désormais inévitable entre les deux objets.

trous noirs
Animation de ces deux trous noirs. Le plus grand propulse un jet de matière à une vitesse proche de la lumière dans l’espace, ce qui a permis aux astronomes de le détecter depuis la Terre. Crédits : Caltech/ R. Hurt

Deuxième binaire découvert

La découverte est intéressante dans la mesure où il ne s’agit que de la deuxième paire de trous noirs binaires jamais découverte. C’est aussi la plus soudée. Le premier candidat binaire avait été isolé en 2020 dans une galaxie située à environ 3,5 milliards d’années-lumière de la Terre. Cependant, les deux objets concernés se tournent autour tous les neuf ans. Ils sont donc plus distants l’un de l’autre que ceux du couple PKS 2131-021.

Si aucun de nous ne sera témoin de cette collision épique, l’analyse de cette fusion à venir pourrait également fournir de nouvelles informations sur la formation des trous noirs supermassifs. Nous savons en effet que ces objets se trouvent au cœur de la plupart, sinon de la totalité, des grandes galaxies. Or, les astronomes ignorent encore précisément comment ces objets deviennent si gros. Une possibilité est que les plus grands trous noirs de l’Univers résultent d’au moins une fusion entre objets plus petits. Le suivi de ce nouveau couple binaire pourrait aider à confirmer cette hypothèse.