Les scientifiques ont découvert que certaines collisions de trous noirs peuvent se produire dans des amas d’étoiles de «carnaval» densément emballés. La découverte indique à quoi ressemblaient les systèmes binaires de trous noirs avant leur fusion et ce qui pourrait déclencher de tels événements turbulents.
Les clés de l’origine des collisions de trous noirs ont été trouvées dans les ondes gravitationnelles que de telles fusions provoquent des ondulations dans le tissu même de l’espace-temps, comme prédit pour la première fois par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein.
Pour la nouvelle étude, les scientifiques ont étudié les formes orbitales des systèmes de trous noirs binaires avant que les deux trous noirs ne se rejoignent et ne fusionnent.
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Ils ont découvert que certaines des paires de trous noirs que la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA – un groupe d’interféromètres laser situés respectivement aux États-Unis, en Italie et au Japon – ont détectées dans les ondes gravitationnelles avaient des orbites très oblates ou elliptiques. Ces orbites aplaties ressemblaient à celles de comètes à longue période telles que la comète de Halley, plutôt qu’à l’orbite d’une planète comme la Terre, ce qui implique que des fusions de trous noirs qui ont libéré des ondes gravitationnelles auraient pu se produire dans des amas d’étoiles denses.
Les résultats montrent que sur les 85 fusions de trous noirs détectées par LIGO-Virgo-KAGRA depuis 2015, au moins 35 % se sont produites dans des amas d’étoiles.
« J’aime penser que les trous noirs binaires sont des partenaires de danse », a déclaré Isobel Romero-Shaw, physicienne à l’Université de Cambridge qui a dirigé l’étude, dans un communiqué.
« Lorsqu’une paire de trous noirs évolue ensemble de manière isolée, ils sont comme une paire exécutant une valse lente seule dans une salle de bal. C’est très contrôlé et prudent; beau, mais rien d’inattendu », a-t-elle déclaré. “Le contraste avec cela est l’atmosphère de carnaval à l’intérieur du groupe d’étoiles, où vous pouvez voir de nombreuses danses différentes en même temps, de grands et petits groupes de danse, du freestyle et de nombreuses surprises !”
Les résultats pourraient aider les astronomes à déterminer où les trous noirs ont fusionné et ce qui cause la fusion.
Comment les trous noirs s’accouplent-ils ?
Les trous noirs se forment lorsque les étoiles massives manquent de combustible de fusion. Lorsque la fusion s’arrête, il en va de même pour l’énergie externe qui soutient les étoiles contre la pression interne de leur propre gravité. Ce déséquilibre provoque un effondrement gravitationnel des noyaux d’étoiles et, à mesure qu’ils tombent rapidement vers l’intérieur, le matériau extérieur est violemment expulsé, provoquant une explosion de supernova suffisamment puissante pour repousser tout matériau autour du trou noir nouvellement formé.
En conséquence, il devrait être difficile pour deux trous noirs de se former suffisamment près l’un de l’autre pour former une spirale et fusionner en 13,8 milliards d’années, l’âge de l’univers.
Une façon dont les trous noirs pourraient contourner cet obstacle pour éventuellement fusionner est de se former dans des régions densément peuplées de l’espace, telles que le cœur d’amas d’étoiles denses. Dans de tels amas, les trous noirs peuvent commencer très éloignés puis entrer en collision les uns avec les autres par deux mécanismes potentiels.
Dans le premier scénario possible, appelé « ségrégation de masse », les objets les plus massifs de l’amas couleraient au fond du potentiel gravitationnel au centre de l’amas. Cela entraînera le déplacement des trous noirs de toutes les régions de l’amas d’étoiles vers son milieu ; comme les trous noirs n’émettent pas de lumière, ces amas ont des noyaux invisibles, denses et sombres.
Un autre mécanisme de fusion possible, appelé « interaction dynamique », suggère que si deux trous noirs forment un système binaire et commencent à orbiter l’un autour de l’autre à une grande distance à l’intérieur d’un amas d’étoiles, l’interaction entre la paire peut être influencée par d’autres objets au sein de cet amas. Cela ferait perdre aux trous noirs binaires leur énergie orbitale, les faisant se rapprocher en spirale.
Les deux mécanismes impliquent des binaires de trous noirs dans des amas d’étoiles, mais ils peuvent être identifiés par l’effet qu’ils ont sur les caractéristiques des binaires, y compris la forme de leurs orbites.
Cela signifie que des études comme celles menées par Romero-Shaw et son équipe pourront discerner ces mécanismes de fusion lorsque les détecteurs d’ondes gravitationnelles de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA commenceront leur troisième cycle opérationnel en 2023.
La réactivation du détecteur fait suite à une augmentation de la sensibilité qui pourrait aider les détecteurs à détecter les ondes gravitationnelles des fusions de trous noirs au moins une fois par jour.
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Grand fan de mangas et d’animes, je n’aime bien écrire qu’à propos de ses sujets, c’est pour ca que j’écris pour 5 minutes d’actus. Au quotidien de décortique, donne mes avis sur les différents épisodes et chapitres des mangas que j’aime lire.
