Des événements de fusion atypiques esquissent une généalogie des trous noirs
Le 11 octobre 2024, un signal en ondes gravitationnelles, désigné GW241011, a été détecté lors de la fusion de deux trous noirs, grâce aux interféromètres LIGO, Virgo et Kagra. Cette détection a révélé un mouvement atypique d’un des trous noirs, suggérant qu’il pourrait être le résultat d’une fusion antérieure entre deux autres trous noirs.
Lorsqu’une fusion de trous noirs se produit, le résultat est généralement un trou noir unique dont la masse est presque équivalente à la somme des masses des corps parents. Cependant, une partie de cette masse est convertie en énergie sous forme d’ondes gravitationnelles, qui peuvent être détectées à des milliards d’années-lumière. L’événement GW241011 se distingue par des caractéristiques particulières et a été suivi, un mois plus tard, par un autre signal atypique, GW241110.
GW241011 a eu lieu à 700 millions d’années-lumière de la Terre, impliquant des trous noirs de 20 et 6 masses solaires. Le trou noir le plus massif avait une vitesse de rotation de 69 à 87 % du maximum théorique, l’une des plus élevées jamais observées. Cette vitesse suggère qu’il a été formé par la fusion de deux trous noirs de 13 et 8 masses solaires.
GW241110, survenu le 10 novembre 2024, concernait un trou noir de 8 masses solaires et un autre de 17 masses solaires, avec une vitesse de rotation de 21 à 94 % du maximum théorique. Ce dernier tournait en sens opposé à la rotation du système, une anomalie qui renforce l’hypothèse d’une coalescence antérieure.
Ces événements soutiennent un modèle de fusion « hiérarchique », où des trous noirs de masse stellaire fusionnent pour former des objets plus massifs, potentiellement des trous noirs de masse intermédiaire, qui dépassent les limites de formation par effondrement d’étoiles. Les fusions de seconde génération nécessitent un environnement dense, souvent trouvé dans des amas stellaires jeunes.
Le signal de GW241011, parmi les plus forts jamais enregistrés, a permis de tester des théories de la relativité générale, notamment la solution de Kerr, qui décrit un trou noir en rotation. Les résultats ont confirmé des prédictions sur la déformation du signal d’ondes gravitationnelles lors de la rotation rapide.
En outre, ces événements ont permis d’évaluer des scénarios d’extensions du modèle standard de la physique des particules, notamment la possibilité d’existence de particules ultralégères. La durée de la vitesse de rotation élevée du trou noir de GW241011 a contribué à écarter plusieurs hypothèses concernant ces particules.
Ces découvertes enrichissent notre compréhension de l’évolution des trous noirs et ouvrent de nouvelles perspectives sur la dynamique de l’univers.
(Source : Pour la Science)
