Plusieurs détections de trous noirs binaires, des duos de trous noirs destinés à entrer en collision, ont été réalisées. Certains de ces trous noirs naissent de la mort d'étoiles massives. Dans quelle proportion ? Des scientifiques ont tenté de l'estimer.

Certains trous noirs, nés d’anciennes étoiles, finissent par entrer en collision. Mais peut-on estimer le nombre d’étoiles qui connaissent un tel destin ? Une équipe de scientifiques s’est posé la question dans The Astrophysical Journal le 31 janvier 2020 (une prépublication complète de l’étude est accessible ici).

Plusieurs détections de trous noirs binaires (deux trous noirs en orbite l’un autour de l’autre) ont déjà été réalisées par les collaborations LIGO et Virgo, rappellent les auteurs. Toute la question est de savoir « combien d’étoiles massives finissent par devenir des systèmes de trous noirs binaires ». Les scientifiques estiment ici que 14 % des étoiles massives de l’univers sont destinées à devenir de tels trous noirs, qui entreront en collision.

Représentation de deux trous noirs en orbite. // Source : NASA’s Goddard Space Flight Center ; background, NASA/JPL-Caltech/UCLA (photo recadrée)

L’espace a un « budget » d’étoiles qui deviennent des trous noirs binaires

Cette estimation peut aider les scientifiques à mieux comprendre l’existence de ces systèmes, en testant tous les scénarios possibles de la formation des trous noirs binaires. Quel que soit le scénario envisagé pour expliquer la formation de ces objets, les scientifiques affirment que le nombre de trous noirs binaires doit « être fondamentalement limité par le nombre d’étoiles dans l’univers ». C’est pourquoi ils cherchent à établir un « budget », représentant le nombre d’étoiles qui sont vouées à donner naissance à des trous noirs qui se heurteront.

Les scientifiques se sont servi des événements déjà détectés par LIGO et Virgo : les collaborations ont permis de repérer 35 trous noirs binaires, dont 10 détections confirmées. C’est à partir de ces données qu’ils ont tenté d’estimer la part d’étoiles massives, depuis le début de l’univers, qui deviennent des trous noirs binaires. Les auteurs se sont aussi inspirés de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein pour étudier chaque étape du processus : la transition des étoiles vers le stade de trou noir et comment il serait possible de détecter leur collision éventuelle à l’aide des ondes gravitationnelles émises lors de l’événement, par exemple.

L’estimation de 14 % fait dire aux scientifiques que la nature fait preuve d’une « efficacité remarquable ». Grâce à cette nouvelle information, la communauté scientifique pourra probablement étudier encore mieux l’histoire des trous noirs et tenter de lever les nombreux mystères qui entourent le fonctionnement de ces énigmatiques objets célestes.

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