Un trou noir d'un nouveau type découvert par ondes gravitationnelles

Image d'artiste représentant la fusion de deux trous noirs et les ondes qu'ils propagent

Image d'artiste représentant la fusion de deux trous noirs et les ondes qu'ils propagent

"Cette observation est la première preuve directe de l'existence de trous noirs dits "de masse intermédiaire" (entre 100 et 100 000 fois plus massifs que le Soleil)".

Les astronomes ont peut-être détecté la collision la plus massive de deux trous noirs jamais observée, une fusion chaotique qui s'est produite il y a environ 7 milliards d'années, dont les signes viennent à peine de nous parvenir.

1 Les ondes gravitationnelles sont des ondulations de l'espace-temps, prédites par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale en 1915 et détectées pour la première fois un siècle plus tard. Mais celle qui est tombée dans leur escarcelle le 21 mai 2019 - et qui a pris le nom de code GW190521 - étonne à plusieurs titres.

Pour commencer, elle témoigne de l'existence d'une population de trous noirs que les astrophysiciens n'avaient encore jamais détectée directement, ceux dont la masse est entre 100 et 1000 fois la masse du Soleil, appelés trous noirs de masses intermédiaires.

GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150Mʘ, The LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration, Physical Review Letters, 2 septembre 2020. D'après l'équipe internationale composée de plus de 1.500 scientifiques, il est probablement issu de la fusion de deux trous noirs. Tandis que l'équivalent de 8 masses solaires a été transformé en énergie, selon la fameuse formule d'Einstein E = Mc2 qui exprime l'équivalence entre la masse et l'énergie. Le signal a mis 7 milliards d'années pour parvenir sur deux instruments américains et européens. En s'améliorant, ils permettent de voir une portion de l'univers plus grande et donc des phénomènes plus lointains.

Et d'ajoute: "Les trous noirs de masse intermédiaire sont intéressants, car ils pourraient être la clef d'une des énigmes de l'astrophysique et de la cosmologie: l'origine des trous noirs supermassifs. Jusque-là seuls quelques cas avaient été rapportés, mais ces astres n'émettant aucune lumière, il s'agissait de déductions faites à partir du rayonnement électromagnétique de leur environnement qui permettait de calculer leur masse". "Si la question est encore largement ouverte, l'un des scénarios proposés pour expliquer la naissance de ces monstres cosmiques est justement la fusion à répétition de trous noirs de masse intermédiaire". Particulièrement celui de 85 fois la masse solaire. "Est-il au contraire un hypothétique trou noir primordial, formé lors du Big Bang?" D'après les connaissances actuelles, l'effondrement gravitationnel d'une étoile ne peut pas former de trous noirs entre environ 60 et 120 masses solaires, car les étoiles les plus massives sont complètement soufflées par l'explosion en supernova qui accompagne cet effondrement, ne laissant derrière elles que gaz et poussière.

Les trous noirs dont on a observé la fusion, avec leur masse d'environ 65 et 85 fois celle du Soleil, intriguent aussi les astrophysiciens. Parce que ce type de région est si encombré, nous nous attendons à ce que de nombreux objets se brisent ensemble lorsqu'ils gravitent autour du centre de la galaxie, y compris des trous noirs, explique Michael Coughlin de l'Université du Minnesota, qui fait partie de l'équipe ZTF. Des hypothèses qui doivent être examinées si toutefois d'autres événements de ce type se présentent aux détecteurs... ce qui ne devrait pas tarder!

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