Le signal d'ondes gravitationnelles particulières a été détecté. Il s'agit de la première observation d'une fusion de deux trous noirs aux masses sensiblement différentes. Cet événement offre de précieux renseignement sur les trous noirs binaires.

Pour la première fois, une fusion entre deux trous noirs de masses sensiblement différentes a été observée. La découverte de ce système binaire asymétrique, réalisée par les collaborations LIGO et Virgo, a été présentée le 20 avril 2020. Cette différence de masse a pu être perçue dans un signal d’ondes gravitationnelles, observé dans trois détecteurs.

L’événement, baptisé « GW190412 », est unique pour la recherche. Son signal a été enregistré le 12 avril 2019, à 7h30 (heure française). L’un des trous noirs est plus de trois fois plus massif que l’autre : l’un d’eux pèse environ 30 fois la masse du Soleil, tandis que l’autre fait 8 masses solaires. Le résultat de leur rencontre est un trou noir de 37 masses solaires. « Cette observation indique que la population astrophysique de trous noirs binaires inclut des systèmes avec des masses inégales », constatent les scientifiques dans une étude détaillant la détection.

Une simulation des deux trous noirs de ce système. // Source : Capture d’écran YouTube Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)

Qu’est-ce qu’une onde gravitationnelle ?

« Chaque série d’observation à l’ère des détecteurs d’ondes gravitationnelles a apporté des nouveautés à la science », soulignent les auteurs de cette étude. Les ondes gravitationnelles se déplacent de façon comparable aux ondes que l’on verrait à la surface de l’eau en y jetant une pierre. Elle se propagent à la vitesse de la lumière et déforment l’espace-temps. Leur origine est un événement cosmique très intense, comme la collision de trous noirs ou l’explosion d’étoiles. Ces ondes, prédites dans la théorie de la relativité générale d’Einstein, ont été observées directement pour la première fois en 2015 par LIGO et Virgo. On a estimé qu’elles avaient été émises par la fusion de deux trous noirs (de 29 et 36 fois la masse du Soleil).

Il y a peu de doutes concernant la nature de GW190412 : le signal a été observé presque simultanément dans trois détecteurs (les deux détecteurs LIGO aux États-Unis et le détecteur Virgo en Italie), ce qui laisse bien penser qu’il a une origine astrophysique. Cette première détection est importante car l’asymétrie dans les masses du système modifie de façon significative le signal des ondes gravitationnelles : il devient alors possible d’en savoir davantage sur certaines caractéristique du système, comme sa distance, son inclinaison ou la rotation du plus gros des deux trous noirs. On sait ainsi que la fusion a eu lieu à presque 2,5 milliards d’années-lumière de notre planète.

Des systèmes courants dans l’Univers ?

Par ailleurs, l’observation de cet événement conforte les scientifiques dans l’idée que des systèmes composés de trous noirs avec des masses différentes sont sans doute courants. Ils pensent que de futures observations de ces systèmes permettront de mieux estimer leur abondance et de chercher comment les trous noirs binaires aux masses asymétriques naissent.

À l’heure actuelle, on estime que de tels systèmes pourraient se former dix fois moins souvent que ceux dans lesquels les masses des trous noirs sont comparables. Observer des systèmes semblables à GW190412, en détectant éventuellement des signaux plus forts, sera nécessaire pour répondre à toutes les questions qui restent en suspens.

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