Un signal étrange dans le fond sonore créé par la fusion de deux trous noirs pourrait constituer la première détection d’un système de trois trous noirs stellaires se livrant à une valse gravitationnelle.
Selon une nouvelle analyse des données de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, des données concernant une collision de trous noirs en 2019 ont montré des signes d’une accélération anormale, suggérant la présence d’un troisième trou noir.
« Il s’agit de la première découverte internationale de preuves claires d’un troisième objet compact lors d’un événement de fusion de trous noirs binaires », explique l’astronome Wen-Biao Han de l’Académie Chinoise des Sciences.
« Cela révèle que les trous noirs binaires dans GW190814 n’auraient pas formé en isolation, mais faisaient partie d’un système gravitationnel plus complexe, offrant des perspectives significatives sur les voies de formation des trous noirs binaires. »
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Depuis la toute première détection des ondes gravitationnelles en 2015, les scientifiques ont catalogué environ 300 fusions, des événements où deux trous noirs binaires achèvent finalement leur décroissance orbitale et entrent en collision, s’unissant en un seul objet, envoyant des ondes gravitationnelles à travers le tissu de l’espace-temps.
Les astronomes peuvent analyser les signaux de ces ondes pour déterminer les masses des trous noirs impliqués, certaines fusions laissant entrevoir ce que nous appelons des fusions hiérarchiques—une série de fusions conduisant à des trous noirs de plus en plus massifs.
Cela s’explique par le fait que les trous noirs stellaires ont une limite de masse supérieure lors de leur formation. Au-delà d’un certain seuil, une étoile massive explose entièrement, laissant derrière elle des débris – donc, si un trou noir est détecté au-dessus de cette limite, les scientifiques en concluent qu’il résulte d’une fusion précédente.
GW190814 n’impliquait pas un trou noir au-dessus de cette limite de masse. Au contraire, l’un des trous noirs concernés est considéré comme le plus petit de son espèce jamais détecté, si petit qu’il est à la limite de devenir une étoile à neutrons, avec une masse de seulement 2,6 fois celle de notre Soleil.
L’autre trou noir impliqué était significativement plus lourd, avoisinant 23 masses solaires. Ce rapport de masse est éloigné de ce que prédisent les modèles d’évolution stellaire, les objets binaires étant généralement attendus à être d’une taille comparable.
Une équipe dirigée par Shu-Cheng Yang de l’Académie Chinoise des Sciences estime que ce rapport de masse indique un passé complexe ; il pourrait s’agir d’une paire de trous noirs attirée par la gravité d’un troisième objet, beaucoup plus grand, autour duquel orbite le binaire.
Ils ont donc examiné de plus près les données des ondes gravitationnelles. Une paire de trous noirs orbitant autour d’un troisième plus grand devrait exhiber une accélération supplémentaire le long de la ligne de vue due au mouvement orbital autour de ce troisième trou noir. Les chercheurs ont modélisé cette situation, puis comparé ce modèle avec les données de GW190814.
Selon leur modèle, les données suggèrent une accélération le long de la ligne de vue de 0,0015 fois la vitesse de la lumière dans le vide, avec un niveau de confiance d’environ 90 % – indiquant la présence d’un troisième trou noir caché.
Ce résultat pourrait signifier que les fusions de trous noirs peuvent, dans certaines circonstances, se dérouler dans des contextes beaucoup plus complexes que ce que nous connaissions. Il pourrait même y avoir d’autres indices de ces circonstances complexes dissimulées dans les données, attendant que quelqu’un développe les outils nécessaires pour les discerner.
De plus, cette découverte apporte de nouvelles preuves des fusions hiérarchiques, en validant l’existence de trinitaires de trous noirs où des fusions peuvent avoir lieu.
La prochaine campagne d’observation des observatoires d’ondes gravitationnelles LIGO-Virgo-KAGRA est attendue pour fournir une richesse de nouvelles données sur les fusions de trous noirs. Peut-être apportera-t-elle aussi un éclairage sur les environnements dans lesquels elles se produisent, ainsi que sur les différentes manières dont les interactions entre trous noirs peuvent se manifestent à travers l’Univers.
Cette recherche a été publiée dans The Astrophysical Journal Letters.
Notre Opinion Tech
Ce récent développement démontre que notre compréhension des interactions gravitationnelles entre trous noirs est en constante évolution. L’idée de systèmes plus complexes pourrait redéfinir nos modèles théoriques et enrichir notre vision de la dynamique cosmique. En tant que passionnés de science, nous devons rester ouverts à ces découvertes inattendues qui élargissent notre horizon sur les mécanismes de formation de ces objets célestes mystérieux.
Bon à savoir
Les ondes gravitationnelles, détectées pour la première fois en 2015, sont dues à des événements astrophysiques extrêmes et peuvent offrir d’importantes informations sur la structure de l’Univers.