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Des dizaines de nouvelles collisions de trous noirs repérées

einstein telescope ondes gravitationnelles
Deux trous noirs prêts à fusionner génèrent des ondes gravitationnelles. Crédits : NASA

Une équipe d’astronomes annonce avoir observé trente-cinq nouvelles salves d’ondes gravitationnelles, de minuscules ondulations dans le tissu de l’espace-temps. Sur cet échantillon, l’une d’elles interroge toujours les spécialistes.

Des ondes gravitationnelles sont générées lorsque deux trous noirs très massifs se rapprochent l’un de l’autre dans l’espace. Ces ondulations vont traverser l’espace à la vitesse de la lumière et atteindre au bout d’un moment notre planète, compressant et étirant en séries alternées tout ce qu’elles touchent.

Pour détecter ces fluctuations, les observatoires utilisent un rayon laser. Ce dernier passe à travers un miroir semi-réfléchissant pour être divisé en deux. Ces deux rayons rebondissent ensuite sur deux autres miroirs qui les renvoient vers un détecteur. En cas de passages d’ondes gravitationnelles, ces deux rayons vont alors fluctuer successivement et se retrouver déphasés au moment de toucher le détecteur final.

Il existe actuellement trois principaux détecteurs d’ondes gravitationnelles dans le monde : les deux installations LIGO aux États-Unis (en Louisiane et dans l’État de Washington) et VIRGO en Italie.

Trente-cinq nouveaux événements

Jusqu’il y a peu, les chercheurs avaient détecté cinquante-cinq événements de ce genre. Or, durant la seconde moitié de la troisième période d’observation de ces observatoires, entre novembre 2019 et mars 2020, les astronomes ont pu détecter trente-cinq événements supplémentaires, dont trente-trois ont impliqué à chaque fois deux trous noirs. Cela porte donc à 90 le nombre total de détections à ce jour.

Ces trente-cinq nouveaux événements couvrent l’intégralité de la gamme de masse des ondes gravitationnelles détectées jusqu’à présent. En d’autres termes, cela signifie que des objets de toutes formes et tailles ont été impliqués dans ces collisions. Parmi eux figuraient des étoiles à neutrons à peine plus lourdes que notre Soleil, mais dont la masse était comprimée dans une sphère de la taille d’une grande ville, comme des trous noirs cent fois plus lourds que notre étoile.

« Ce n’est que maintenant que nous commençons à apprécier la merveilleuse diversité des trous noirs et des étoiles à neutrons. Nos derniers résultats prouvent qu’ils sont disponibles dans de nombreuses tailles et combinaisons« , souligne Christopher Berry, membre de la collaboration scientifique LIGO. « Nous avons résolu certains mystères de longue date, mais nous avons également découvert de nouvelles énigmes« .

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Œuvre illustrant des ondes gravitationnelles, des ondulations dans l’espace-temps, générées quand deux trous noirs en spirale se rapprochent l’un de l’autre. Crédits : LIGO / T. Pyle

Une collision qui interroge

Effectivement, l’un de ces « nouveaux événements » (la plupart se sont produits il y a plusieurs milliards d’années) impliquant un trou noir de vingt-quatre masses solaires interroge toujours les astronomes. Selon les analyses, son « partenaire de tango » pourrait être un trou noir de 2,8 masses solaires, mais l’hypothèse d’une étoile à neutrons très lourde ne peut être exclue.

« Chaque nouvelle sortie de salves d’observations apporte son lot de nouvelles découvertes et surprises. Les futures campagnes trouveront certainement des événements plus inhabituels encore« , souligne Hannah Middleton, de l’université de Melbourne. Effectivement, la science des ondes gravitationnelles, qui a vu le jour en 2015 suite à la première détection, n’en est qu’à ses débuts.

Rappelons que les observatoires LIGO et Virgo subissent actuellement quelques mises à niveau en vue de leur quatrième campagne d’observation. Le trio sera bientôt rejoint par l’observatoire KAGRA, au Japon. Tous les quatre devraient pouvoir être opérationnels à la fin de l’année prochaine.