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LIGO et Virgo enregistrent la plus grande fusion de trous noirs à ce jour

Crédits : Mark Myers

Il y a sept milliards d’années, deux énormes trous noirs se sont unis pour ne faire qu’un. Ce dernier serait de masse intermédiaire, une classe d’objet “insaisissable”.

LIGO (États-Unis) et VIRGO (Italie) sont les deux plus grands détecteurs d’ondes gravitationnelles du monde. En septembre 2015, ces deux instruments ont détecté leurs premières ondulations du tissu de l’espace-temps : des signaux générés par la fusion de deux trous noirs à environ 1,3 milliard d’années-lumière. Depuis, d’autres unions ont été détectées. Certaines ont impliqué d’autres trous noirs, quand d’autres ont impliqué des étoiles à neutrons.

Une équipe de chercheurs annonce aujourd’hui avoir enregistré la collision de trous noirs la plus massive jamais détectée par le biais d’ondes gravitationnelles. Les deux objets, de 66 et 85 masses solaires, n’ont alors formé qu’un seul et même trou noir aussi massif que 142 soleils (il y a eu une perte de masse durant la fusion).

En outre, ces deux trous noirs se sont rencontrés à environ sept milliards d’années-lumière de la Terre. Autrement dit, les ondes résultant de leur union forcée ont voyagé durant la moitié de l’âge de l’univers, avant de finalement nous atteindre.

Des trous noirs “insaisissables”

Point intéressant, ce dernier trou noir s’inscrit également dans la classe des trous noirs de masse intermédiaire.

Il existe en effet différents types de trous noirs dans l’Univers. Nous avons d’un côté les objets de masse stellaire (moins de 100 masses solaires), formés par l’effondrement d’une étoile massive. Et d’un autre côté les “supermassifs”, avec des masses équivalentes à des millions ou des milliards de soleils. Entre ces extrêmes se trouvent des membres plus discrets de la famille des trous noirs : ceux de masse intermédiaire.

Ces derniers sont particulièrement difficiles à dénicher. Pour ce faire, il est nécessaire d’attendre qu’une étoile passe un peu trop près pour être perturbée. Le trou noir, de nouveau actif, peut alors émettre des rayons X trahissant leur présence de manière indirecte. Le télescope Hubble a récemment eu l’occasion d’isoler l’un de ces objets. Cette nouvelle détection faite par LIGO et VIRGO confirme donc leur existence.

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Œuvre illustrant des ondes gravitationnelles générées par la fusion imminente de deux objets. Crédits : LIGO /T. Pyle

Instabilité de paire

Enfin dernier point, le plus lourd des deux trous noirs d’origine contredit ce que nous savons de l’évolution stellaire. Ce dernier tombe en effet dans l’écart dit “d’instabilité de paire”.

«D’après notre compréhension de la façon dont les étoiles vieillissent et évoluent, nous nous attendons à trouver des trous noirs avec moins de 65 masses solaires, ou plus de 135 masses solaires, mais aucun entre les deux», explique Frank Ohme, du Max Planck Institute for Gravitational Physics (AEI) de Hanovre.

Or, le trou noir de 85 masses solaires impliqué dans cette fusion s’intègre justement dans cet écart. Pour justifier sa présence, les chercheurs suggèrent qu’il pourrait être le produit de fusions précédentes impliquant soit deux petits trous noirs, soit deux étoiles plus grandes.

Les détails de ces travaux ont été publiés dans Physical Review Letters et The Astrophysical Journal Letters. Notez que les deux observatoires ont détecté 56 événements d’ondes gravitationnelles possibles au cours de leur troisième cycle de fonctionnement, entre le 1er avril 2019 et le 27 mars 2020. Sur cet échantillon, 52 autres sont toujours en cours d’analyse.