Découverte du trou noir le plus massif

Alain Brian
Septembre 4, 2020

"Tout un monde nouveau!", s'est félicité lors d'une conférence de presse Stavros Katsanevas, le directeur de Virgo, l'un des deux détecteurs d'ondes gravitationnelles qui a capté les signaux de ce nouveau trou noir.

Les astronomes estiment que les fusions comme celle-ci sont plus rares que les plus petites fusions de trous noirs que LIGO et Virgo ont vues, ce qui expliquerait pourquoi il a fallu un certain temps aux observatoires pour détecter ce type de trou noir. Un seul trou noir d'environ 142 masses solaires.

Jusqu'à maintenant, les astrophysiciens n'avaient pu étudier que deux types de trous noirs: les stellaires, qui étaient entre cinq et 100 fois plus massifs que notre soleil, et les supermassifs, qui vivaient au centre des galaxies et étaient des milliards de fois plus gros. La masse d'un des trous noirs ayant fusionné, celui de 85 fois la masse du Soleil, fournit des éléments qui pourraient améliorer notre compréhension des ultimes étapes de l'évolution des étoiles massives. Surtout, 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).

Ce trou noir résultant de la fusion des deux autres possède une masse représentant 142 fois celle de notre étoile, le plaçant dans une gamme jamais observée jusque-là.

Des ondes gravitationnelles détectées en mai 2019 suggèrent que la fusion de deux trous noirs a donné naissance à un troisième d'une masse inédite. Puis elle pourrait répondre à une des questions les plus fondamentales de la discipline: comment se forment ces monstres qui logent au cœur des galaxies - "ces trous noirs supermassifs " - qui rassemblent des millions voire des centaines de millions de fois la masse du Soleil?

Avec cette découverte, détaillée dans les revues Physical Review Letters et The Astrophysical Journal Letters, nous pourrions avoir notre première détection d'un trou noir de masse intermédiaire. Y a-t-il quelque chose de mal compris dans la fin de vie des étoiles massives? Cette dernière émet en effet une quantité d'énergie phénoménale. Cependant, la fusion des trous noirs est l'explication la plus simple et la plus logique pour ce qu'ils ont observé.

Ce signal était ultra-court (un dixième de seconde) et de très basse fréquence (plus on remonte dans le passé, plus les fréquences diminuent): "Un défi pour l'analyser", a souligné Nelson Christensen, pour la collaboration Ligo. À cause de sa nature plus complexe, d'autres sources plus exotiques ont été envisagées pour l'expliquer, et ces possibilités sont décrites dans l'article publié par Astrophysical Journal Letters.

Cela signifie que ces deux trous noirs n'étaient probablement pas formés d'étoiles, mais étaient plutôt des trous de deuxième génération, formés par encore plus de paires de trous noirs plus petits, dit Christensen.

Des scientifiques co-signataires des publications sont associés aux équipes ci-dessus et font partie des laboratoires suivants: Institut Foton (CNRS/Université Rennes 1/Insa Rennes), laboratoire Lagrange (CNRS/Université Côte d'Azur/Observatoire Côte d'Azur), Laboratoire de physique et d'étude des matériaux (CNRS/Sorbonne Université/ESPCI Paris).

Une onde gravitationnelle, que l'on peut se représenter comme la vaguelette créée à la surface d'un étang quand on y lance une pierre, est créée par la déformation de l'espace temps quand un objet massif bouge dans l'univers.

Graphique montrant l'événement GW190521 comparé aux autres événements de fusion détectés par LIGO et Virgo.

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