Quand deux trous noirs fusionnent, celui qui reste ferait des « gazouillis »

Lorsque deux trous noirs entrent en collision, le trou noir restant « gazouille » non pas une seule fois, mais plusieurs. Les ondes gravitationnelles qu’il émet permettent d’en savoir plus sur sa forme. Des scientifiques ont rapporté cette découverte dans la revue Communications Physics le 8 octobre 2020.

« Un nouveau champ dans l’astronomie a émergé avec la détection des ondes gravitationnelles », rappellent les auteurs du texte. Ces ondes ont la particularité de se propager à la vitesse de la lumière, tout en déformant l’espace-temps (c’est d’ailleurs cette infime variation qui, lorsqu’elle arrive jusqu’à nous, peut être observée). Leur origine est un événement cosmique très intense, comme peut l’être la fusion de deux trous noirs. Puisque les trous noirs ne produisent pas de lumière en fusionnant, les astronomes doivent plutôt chercher à détecter les ondes gravitationnelles.

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Qu’est-ce qu’un trou noir ?

Le trou noir restant est « très déformé »

Lorsque les deux composants d’un trou noir binaire se rapprochent et fusionnent, on assiste à « la naissance d’un trou noir final très déformé », expliquent les auteurs. En un bref instant, le trou noir nouvellement créé libère d’importantes quantités d’énergie, tout en prenant sa forme finale. Cet événement est une occasion parfaite pour les scientifiques d’étudier les trous noirs et d’explorer les effets de la gravité. Ils supposent en quelque sorte que les ondes gravitationnelles émises permettent de comprendre le « comportement » du trou noir.

« Nous démontrons un lien entre une caractéristique concrète observable dans les ondes gravitationnelles et des caractéristiques géométriques sur l’horizon dynamique apparent du trou noir final », avancent les scientifiques. Ils expliquent avoir repéré des « gazouillis » qui se trouvent dans les ondes gravitationnelles survenues après la fusion.

Trou noir créé après une fusion.

Source : Christopher Evans (Georgia Tech), Juan Calderón Bustillo (IGFAE, USC)

Pour le découvrir, les chercheurs ont réalisé des simulations de collisions entre trous noirs, à l’aide de superordinateurs. Ils ont ensuite pu comparer la forme du trou noir final aux ondes gravitationnelles émises. « Après la collision, le trou noir résiduel final émet un signal avec une hauteur constante et une amplitude décroissante — comme le son d’une cloche frappée », commente Juan Calderón Bustillo, co-auteur de l’étude et professeur adjoint à l’université chinoise de Hong Kong, spécialiste des trous noirs et des ondes gravitationnelles, dans un communiqué. Cet élément est habituellement observé, quand on étudie la collision par le haut. Mais en observant l’événement au niveau de l’équateur du trou noir final, un signal bien plus complexe a été découvert : des sortes de « gazouillis » répétés.

Des « gazouillis » qui restent à observer

Pour ces scientifiques, ces émissions sont intimement liées à la forme du trou noir final. Les auteurs comparent cette forme à celle d’une châtaigne. Les ondes gravitationnelles émises depuis les régions les plus courbées du trou noir sont plus intenses. Comme le trou noir final est en rotation, il ne présente pas toujours les mêmes zones à un observateur, qui perçoit alors ces « gazouillis ».

Évidemment, il reste encore à obtenir des observations astronomiques de ce phénomène. « Ces gazouillis post-fusion doivent être observés et analysés à mesure que la sensibilité de LIGO et de Virgo augmente et que les détecteurs de la future génération, comme LISA et le télescope Einstein, deviennent opérationnels », estiment les scientifiques.

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