Des événements de fusion atypiques esquissent une généalogie des trous noirs
Le 11 octobre 2024, le signal en ondes gravitationnelles GW241011 a été détecté, résultant de la fusion de deux trous noirs, grâce aux interféromètres LIGO, Virgo et Kagra. Les astrophysiciens ont observé que l’un des trous noirs présentait un mouvement atypique, suggérant qu’il était probablement issu d’une fusion antérieure.
Lorsqu’une fusion de trous noirs se produit, elle donne naissance à un trou noir dont la masse est presque égale à la somme des masses des objets parentaux, avec une partie de cette masse convertie en énergie sous forme d’ondes gravitationnelles. Ces ondes, détectables sur des milliards d’années-lumière, révèlent des propriétés cruciales des trous noirs, notamment leur masse et leur rotation. GW241011 se distingue de par son atypie, et un autre événement, GW241110, a été enregistré un mois plus tard.
GW241011, situé à 700 millions d’années-lumière de la Terre, correspond à la fusion de trous noirs de 20 et 6 masses solaires. Le trou noir le plus massif avait une rotation de 69 à 87 % du maximum théorique, l’une des plus rapides observées. Les astrophysiciens estiment qu’il résulte de la fusion de deux trous noirs de 13 et 8 masses solaires.
GW241110, quant à lui, résulte de la fusion d’un trou noir de 8 masses solaires avec un autre de 17 masses solaires. Ce dernier, avec une rotation élevée entre 21 et 94 %, est également considéré comme le produit d’une fusion antérieure. Une particularité notable est que ce trou noir tournait dans le sens opposé à celui de son orbite, une anomalie qui renforce l’hypothèse d’une coalescence antérieure.
Ces événements suggèrent un processus de fusion hiérarchique, où des trous noirs de masse stellaire fusionnent successivement pour former des trous noirs de masse intermédiaire, qui ne peuvent pas être produits par l’effondrement d’une étoile seule. Ces fusions nécessitent un environnement dense, comme celui des amas stellaires jeunes.
Le signal de GW241011 a également servi de laboratoire pour tester des théories de la relativité générale, notamment la solution de Kerr, qui prédit que les trous noirs en rotation rapide se déforment légèrement, laissant une empreinte dans le signal des ondes gravitationnelles. Ce phénomène a été mesuré avec succès.
Enfin, les chercheurs ont pu évaluer des théories d’extensions du modèle standard de la physique des particules. La durée de la vitesse de rotation élevée du trou noir GW241011 permet d’éliminer plusieurs scénarios impliquant des particules ultralégères, contribuant ainsi à la compréhension des trous noirs et des phénomènes cosmiques.
Source : Pour la Science.
