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Deux trous noirs fusionnés auraient “produit de la lumière”

Crédits : Caltech / R. Blessé (IPAC)

Des astronomes annoncent avoir détecté un flash de lumière issu de la fusion de deux trous noirs. Si tel est effectivement le cas, il s’agirait d’une première. 

LIGO (États-Unis) et VIRGO (Italie) sont les principaux détecteurs d’ondes gravitationnelles de la planète. Pour capter ces micro-ondulations du tissu de l’espace-temps, les deux installations s’appuient sur des lasers de haute puissance afin de mesurer de minuscules changements dans la distance entre deux objets distants de plusieurs kilomètres.

Le 14 septembre 2015, ces deux détecteurs ont détecté leurs premières ondes gravitationnelles : des signaux provenant de la fusion de deux trous noirs à environ 1,3 milliard d’années-lumière. Depuis, d’autres fusions ont été détectées. Certaines ont impliqué d’autres rencontres entre trous noirs, et certaines ont impliqué des étoiles à neutrons.

L’une de ces fusion d’étoiles à neutrons, repérée en 2017, avait été soutenue par l’observation simultanée d’ondes gravitationnelles et électromagnétiques (kilonova). Cet enregistrement sans précédent, qui combinait pour la première fois “le son et la lumière”, a officiellement marqué l’aube d’une ère nouvelle pour l’astrophysique.

Des trous noirs qui “produisent” de la lumière ?

Depuis cette “kilonova” de 2017, les astronomes se sont efforcés de rechercher une signature optique correspondante à la fusion non plus d’étoiles à neutrons, mais de trous noirs.

L’idée paraît tout de même contre-intuitive. En effet, si lorsque deux trous noirs qui s’enroulent en spirale peuvent effectivement libérer des ondes gravitationnelles, parce que ces objets ne dégagent pas de lumière, ces événements ne devraient pas pouvoir libérer d’ondes lumineuses ou autres rayonnements électromagnétiques.

Toutefois, Matthew Graham, astronome à Caltech, et d’autres chercheurs, ont proposé un modèle alternatif l’an dernier, prédisant que dans certaines conditions, et dans un environnement particulier, une telle fusion dégagerait une signature optique sous la forme d’une “fusée éclairante”.

Dans le cadre d’une récente étude, ces chercheurs expliquent avoir trouvé la preuve que leur modèle pourrait être correct.

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Oeuvre illustrant des ondes gravitationnelles, des ondulations dans l’espace-temps, générées comme deux trous noirs en spirale l’un dans l’autre. Crédits : LIGO / T. Pyle

Un “boulet de canon” dans un disque d’accrétion

Cet événement, désigné S190521g, a été détecté le 21 mai 2019. Il aurait impliqué la fusion de deux petits trous noirs de 50 masses solaires, à 7,5 milliards d’années-lumière, évoluant dans le disque d’accrétion d’un trou noir de 100 millions de masses solaires positionné au centre d’une galaxie. Une vision artistique de ce trio infernal est visible sur la photo d’en-tête.

De manière très grossière, lorsque cette paire binaire a finalement fusionné, le trou noir résultant de cette union a essuyé un violent “coup de pied”, le menant à venir “labourer” le gaz évoluant dans le disque d’accrétion à plus de 800 000 km/h.

Ainsi, c’est ce processus qui, selon les chercheurs, aurait produit cette “fusée éclairante” captée par nos instruments. En l’occurence ici, par le télescope Samuel Oschin, du Palomar Observatory de San Diego (Californie).

« La fusée éclairante s’est manifestée au bon endroit au bon moment pour coïncider avec l’événement d’ondes gravitationnelles », souligne Matthew Graham.

Bien sûr, le chercheur reconnaît que cet événement aurait également pu être produit par autre chose qu’une fusion de trous noirs binaires. Il évoque notamment la possible explosion d’une supernova intégrée dans le disque d’accrétion. Mais il en doute.

Par ailleurs, il aurait également été possible que cette “fusée éclairante” soit le résultat d’un événement de perturbation des marées. Autrement dit, qu’elle soit le témoignage d’un bref repas du trou noir supermassif ingérant de la matière environnante.

Pour le savoir, les chercheurs ont évalué son comportement au cours des 15 dernières années. Or, ils ont constaté que son activité avait été relativement calme durant cette période.

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