Les scientifiques détectent la fusion de trous noirs la plus massive à ce jour, 225 fois la masse du Soleil : « Aux limites de ce qui est actuellement possible. »
La collaboration internationale LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) a détecté la fusion des trous noirs les plus massifs jamais observés grâce aux ondes gravitationnelles des observatoires LIGO, financés par la National Science Foundation (NSF) des États-Unis. Cette puissante fusion a produit un trou noir final dont la masse est environ 225 fois celle de notre Soleil. Le signal, appelé GW231123, a été détecté lors du quatrième cycle d'observation du réseau LVK, le 23 novembre 2023.
LIGO, l'observatoire d'ondes gravitationnelles par interféromètre laser, est entré dans l'histoire en 2015 en détectant directement pour la première fois des ondes gravitationnelles, des ondulations de l'espace-temps. Ces ondes provenaient alors de la fusion de trous noirs, qui a donné naissance à un trou noir final d'une masse 62 fois supérieure à celle de notre Soleil. Le signal a été détecté conjointement par les détecteurs jumeaux de LIGO, l'un situé à Livingston, en Louisiane, et l'autre à Hanford, dans l'État de Washington.
Depuis lors, l' équipe LIGO s'est associée à ses partenaires du détecteur Virgo en Italie et de KAGRA (détecteur d'ondes gravitationnelles Kamioka) au Japon pour former la collaboration KLV. Ces détecteurs ont observé collectivement plus de 200 fusions de trous noirs lors de leur quatrième cycle d'analyse, et environ 300 au total depuis le début du premier cycle en 2015.
Jusqu'à présent, la fusion de trous noirs la plus massive (produite par un événement survenu en 2021, appelé GW190521) avait une masse totale de 140 fois celle du Soleil. Lors de l'événement le plus récent, GW231123, ce trou noir de 225 masses solaires est né de la coalescence de trous noirs, chacun ayant une masse environ 100 et 140 fois supérieure à celle du Soleil.
Outre leurs masses élevées, les trous noirs tournent également rapidement. « Il s'agit du système binaire de trous noirs le plus massif que nous ayons observé à l'aide d'ondes gravitationnelles et il représente un véritable défi pour notre compréhension de la formation des trous noirs », remarque Mark Hannam, de l'Université de Cardiff et membre de la collaboration LVK. « Les trous noirs de cette masse sont exclus des modèles standards d'évolution stellaire. Il est possible que les deux trous noirs de ce système binaire se soient formés suite à la fusion de trous noirs plus petits. »
Dave Reitze, directeur exécutif de LIGO à Caltech, explique : « Cette observation démontre une fois de plus comment les ondes gravitationnelles révèlent de manière unique la nature fondamentale et exotique des trous noirs dans tout l'univers. »
La masse élevée et la rotation extrêmement rapide des trous noirs de GW231123 ont mis à l'épreuve les limites de la technologie de détection des ondes gravitationnelles et des modèles théoriques actuels. L'extraction d'informations précises à partir du signal a nécessité l'utilisation de modèles prenant en compte la dynamique complexe des trous noirs en rotation rapide.
« Les trous noirs semblent tourner très vite, proche de la limite autorisée par la théorie de la relativité générale d'Einstein », explique Charlie Hoy, de l'Université de Portsmouth (Royaume-Uni) et membre du LVK. « Cela complique la modélisation et l'interprétation du signal. C'est une excellente étude de cas pour approfondir le développement de nos outils théoriques. »
Les chercheurs continuent d'affiner leurs analyses et d'améliorer les modèles utilisés pour interpréter ces événements extrêmes. « Il faudra des années à la communauté scientifique pour décrypter pleinement ce schéma complexe de signaux et toutes ses implications », confirme Gregorio Carullo, de l'Université de Birmingham (Royaume-Uni) et membre du LVK. « Bien que l'explication la plus probable reste la fusion de trous noirs, des scénarios plus complexes pourraient permettre de décrypter leurs caractéristiques inattendues. »
Les détecteurs d'ondes gravitationnelles comme LIGO, Virgo et KAGRA sont conçus pour mesurer les infimes distorsions de l'espace-temps causées par des événements cosmiques violents. Le quatrième cycle d'observation a débuté en mai 2023, et les observations complémentaires de la première moitié du cycle (jusqu'en janvier 2024) seront publiées plus tard cet été.
« Cet événement repousse les limites de nos capacités d'instrumentation et d'analyse de données », déclare Sophie Bini, chercheuse postdoctorale à Caltech et membre du LVK. « C'est un exemple frappant de tout ce que nous pouvons apprendre de l'astronomie des ondes gravitationnelles et de tout ce qu'il reste à découvrir. »
eleconomista
