mai 19, 2022

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Le «pool» de trous noirs peut expliquer des aspects étranges de la fusion des trous noirs de 2019

Le «pool» de trous noirs peut expliquer des aspects étranges de la fusion des trous noirs de 2019

Illustration d'un essaim de petits trous noirs dans un disque de gaz en orbite autour d'un trou noir supermassif.
Zoom / Illustration d’un essaim de petits trous noirs dans un disque de gaz en orbite autour d’un trou noir supermassif.

Samsing / Institut Niels Bohr

En 2019, la collaboration LIGO/VIRGO a capté un signal d’onde gravitationnelle provenant d’une fusion de trous noirs qui s’est avérée être l’un des records. Surnommé ‘GW190521’, il était le plus massif et le plus éloigné jamais détecté, produisant le signal le plus énergétique détecté à ce jour, apparaissant dans les données comme plus ‘fort’ que le ‘chirp’ habituel.

De plus, le nouveau trou noir résultant de la fusion était environ 150 fois plus puissant que le poids de notre soleil, faisant de GW190521 la première observation directe d’un trou noir de masse intermédiaire. Encore plus étrange, les deux trous noirs qui ont fusionné étaient verrouillés sur une orbite elliptique (et non circulaire), et leurs axes de rotation étaient plus inclinés que d’habitude par rapport à ces orbites.

Les physiciens n’aiment rien de plus que de présenter un puzzle intrigant qui ne semble pas immédiatement correspondre à une théorie bien établie, et GW190521 leur a donné exactement cela. De nouvelles simulations théoriques suggèrent que tous ces aspects étranges peuvent être expliqués par la présence d’un seul troisième trou noir battant la dernière danse du système binaire pour produire une « danse désordonnée », selon nouveau papier Publié dans la revue Nature.

comme nous sommes j’ai mentionné plus tôtLe 21 mai 2019, les détecteurs de la collaboration ont capté le signal révélateur d’une fusion binaire de trous noirs : quatre courtes vibrations d’une durée inférieure à un dixième de seconde. Plus le signal est court, plus les trous noirs qui fusionnent sont massifs – dans ce cas, 85 et 66 masses solaires, respectivement. Les trous noirs ont fusionné pour former un nouveau trou noir plus grand qu’environ 142 masses solaires, émettant l’équivalent de huit masses solaires dans le processus – ainsi, le signal fort a été capté par les détecteurs.

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Ce qui a rendu cet événement si inhabituel, c’est que la mesure de 142 masses solaires se situe au milieu de ce que l’on appelle le « écart de masse » des trous noirs. La plupart de ces objets appartiennent à deux groupes : les trous noirs de masse stellaire (allant de quelques masses solaires à des dizaines de masses solaires) et les trous noirs supermassifs, comme ceux au milieu de notre Voie lactée (allant de centaines de milliers à des milliards des masses solaires). La première est causée par la mort d’étoiles massives dans une supernova qui s’effondre en son cœur, tandis que le processus de formation de la seconde reste un mystère.

Concept d'artiste d'un schéma hiérarchique pour fusionner des trous noirs.  Les scientifiques émettent l'hypothèse que les deux trous noirs sont le résultat d'une précédente fusion de deux petits trous noirs.
Zoom / Concept d’artiste d’un schéma hiérarchique pour fusionner des trous noirs. Les scientifiques émettent l’hypothèse que les deux trous noirs sont le résultat d’une précédente fusion de deux petits trous noirs.

LEGO/Caltech/MIT/R. Blessé (IPAC)

Le fait qu’un ancêtre de trou noir pesait 85 masses solaires est également inhabituel car cela contredit les modèles actuels d’évolution stellaire. Les types d’étoiles qui donneraient naissance à des trous noirs entre 65 et 135 masses solaires ne se révéleraient pas être des supernovae, et donc ne finiraient pas comme des trous noirs. Au lieu de cela, ces étoiles deviendront instables et perdront une grande partie de leur masse. Ce n’est qu’alors qu’ils deviendront une supernova – mais le résultat sera un trou noir de moins de 65 masses solaires.