Lorsque deux trous noirs tournent en spirale l’un autour de l’autre et finissent par entrer en collision, ils émettent des ondes gravitationnelles – des ondulations dans l’espace et le temps qui peuvent être détectées par des instruments extrêmement sensibles sur Terre. Comme les trous noirs et les fusions de trous noirs sont complètement sombres, ces événements sont invisibles pour les télescopes et autres instruments de détection de la lumière utilisés par les astronomes. Cependant, les théoriciens ont émis des idées sur la façon dont une fusion de trous noirs pourrait produire un signal lumineux en provoquant le rayonnement de la matière proche.
A présent, les scientifiques utilisant le Zwicky Transient Facility (ZTF) de Caltech situé à l’observatoire Palomar près de San Diego pourraient avoir repéré ce qui pourrait être justement un tel scénario. Si cela est confirmé, il s’agirait de la première éruption lumineuse connue provenant d’une paire de trous noirs en collision.
La fusion a été identifiée le 21 mai 2019 par deux détecteurs d’ondes gravitationnelles – le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) de la National Science Foundation et le détecteur européen Virgo – dans un événement appelé GW190521g. Cette détection a permis aux scientifiques du ZTF de rechercher des signaux lumineux à l’endroit d’où provenait le signal d’onde gravitationnelle. Ces détecteurs d’ondes gravitationnelles ont également repéré des fusions entre des objets cosmiques denses appelés étoiles à neutrons, et les astronomes ont identifié des émissions lumineuses provenant de ces collisions.
Les résultats de ZTF sont décrits dans une nouvelle étude publiée dans la revue Physical Review Letters. Les auteurs émettent l’hypothèse que les deux trous noirs partenaires, chacun plusieurs dizaines de fois plus massif que le Soleil, étaient en orbite autour d’un troisième trou noir supermassif qui a des millions de fois la masse du Soleil et qui est entouré d’un disque de gaz et d’autres matériaux. Lorsque les deux petits trous noirs ont fusionné, ils ont formé un nouveau trou noir, plus grand, qui aurait subi un coup de pied et aurait été projeté dans une direction aléatoire. Selon la nouvelle étude, il pourrait avoir labouré le disque de gaz, provoquant son illumination.
« Cette détection est extrêmement excitante », a déclaré Daniel Stern, coauteur de la nouvelle étude et astrophysicien au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, qui est une division de Caltech. « Nous pouvons apprendre beaucoup de choses sur ces deux trous noirs en fusion et sur l’environnement dans lequel ils se trouvaient, grâce à ce signal qu’ils ont créé par inadvertance. Donc la détection par ZTF, couplée à ce que nous pouvons apprendre des ondes gravitationnelles, ouvre une nouvelle voie pour étudier à la fois les fusions de trous noirs et ces disques autour des trous noirs supermassifs. »
Les auteurs notent que s’ils concluent que l’éruption détectée par ZTF est probablement le résultat d’une fusion de trous noirs, ils ne peuvent pas complètement exclure d’autres possibilités.
Pour en savoir plus, lisez le communiqué de presse de Caltech.