Cette collision de trous noirs est le chaînon manquant attendu par les chercheurs

ESPACE – Il y a 7 milliards d’années, un événement cataclysmique a eu lieu dans l’univers: la fusion de deux trous noirs, entraînant la création d’un géant, dont la masse équivaut à 142 soleils. Cet événement était tel qu’il a bousculé la structure même de l’espace dans des proportions titanesques, avec l’émission d’importantes ondes gravitationnelles dans toutes les directions. Le 21 mai 2019, après avoir voyagé des milliards de milliards de kilomètres, ces lointaines traces du passé ont été captées par des scientifiques.

Ce n’est pas la première fois que l’humanité observe des ondes gravitationnelles. Leur détection, en 2015, a d’ailleurs été récompensée d’un prix Nobel il y a trois ans. Mais c’est la première fois que Ligo et Virgo, les deux instruments qui scrutent les tréfonds de l’univers, ont capté la création d’un trou noir aussi massif et aussi ancien.

Les centaines de chercheurs à l’origine de cette découverte viennent de publier leurs résultats ce mercredi 2 septembre dans les revues Physical Review Letters et Astrophysical Journal Letters. Plus exactement, c’est la fusion de deux trous noirs plus petits (85 et 65 fois la masse du Soleil) qui a été observée. “C’est la toute première donnée qui pourrait nous permettre de créer un lien entre les trous noirs stellaires, créés par l’effondrement d’étoiles, et les trous noirs supermassifs, de millions ou milliards de masses solaires”, explique au HuffPost Nelson Christensen, chercheur au CNRS et responsable de l’équipe ayant écrit l’un des deux articles.

Une masse “intermédiaire”

Depuis 2015, plusieurs fusions de trous noirs ont été observées grâce à Ligo et Virgo, deux interféromètres, des gigantesques tubes mesurant des kilomètres et scrutant de petites déviations dans le parcours de laser, preuve du passage d’ondes gravitationnelles. Mais GW 190521, ce trou noir 142 fois plus massif que le Soleil (dont la création est schématisée ci-dessous), est particulier.

On sait comment se forme un trou noir inférieur à 100 masses solaires: une étoile particulièrement massive s’effondre sur elle-même. On sait également qu’au centre de beaucoup de galaxies (y compris la nôtre) existent des trous noirs “supermassifs”, dont la masse peut atteindre des millions ou des milliards de masses solaires. On en a même pris un en photo en 2019, qui équivaut à 6 milliards de soleils.

Le problème, c’est qu’on ne sait pas trop ce qui se passe entre ces deux extrêmes. Une des théories veut que ces ogres qui se créent au centre des galaxies apparaissent grâce à de multiples fusions de nombreux trous noirs. Mais pour cela, il en faut des moyens. Or, ce chaînon manquant, ces trous noirs de “masse intermédiaire”, entre 100 et 100.000 fois celle du Soleil, étaient jusque-là quasiment invisibles. “Il y avait quelques preuves indirectes pour des trous noirs de milliers de masses solaires, mais on n’en avait trouvé aucun d’une masse comprise entre 100 et 1000″, explique Nelson Christensen.

Autre particularité de GW 190521: l’un des trous noirs qui a fusionné… ne devrait pas exister. “Il y a un problème avec nos théories actuelles pour expliquer la formation d’un trou noir entre 60 et 120 masses solaires”, précise Nelson Christensen. Pour faire simple, une telle chose, selon les modèles, ne devrait pas arriver. Cela veut dire que soit il y a un souci dans la théorie, soit ce trou noir est lui-même issu d’une fusion de trous noirs plus petits. Ou encore qu’il ait été créé directement lors du Big Bang, que ce soit un hypothétique “trou noir primordial”.

Le début d’une révolution

Cette observation est donc un premier point important pour prouver que les trous noirs supermassifs se forment bien via la fusion de trous noirs intermédiaires, eux-mêmes nés de la fusion de trous noirs “stellaires” (dont la masse est inférieure à 100 soleils). Mais ce n’est bien sûr que le début. Il est encore impossible de savoir si ces objets sont courants ou non. Car la détection des ondes gravitationnelles n’en est qu’à ses balbutiements. Depuis 2015, c’est un peu comme si on avait réinventé le télescope. Et plus les outils se perfectionneront, plus nous arriverons à percer les mystères de l’univers.

La première ”écoute” de ces interféromètres en 2015 avait entraîné moins d’une détection par mois. Après des améliorations, la session d’observation de 2019 a permis “d’envoyer une alerte par semaine”, raconte Nelson Christensen. “Et en 2022, quand Virgo et Ligo seront à nouveau améliorés, ce sera peut-être 2 à 3 détections par semaine”. Parmi celles-ci, les chercheurs scruteront évidemment avec attention la présence de trous noirs de masse intermédiaire.

Quant aux trous noirs supermassifs, il n’est pas possible de les observer avec les appareils actuels. Il faudra attendre la construction d’ici 2034 d’eLisa, un interféromètre spatial, qui analysera les variations d’un laser non pas sur 4, mais sur 2,5 millions de kilomètres.

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