Deux événements de fusion entre trous noirs, d’une nature exceptionnelle, ont récemment capté l’attention de la communauté astrophysique. Observées depuis la Terre, ces collisions impliquaient des systèmes binaires où l’un des protagonistes était un trou noir issu d’une fusion antérieure, une rareté dans l’univers connu. Ce phénomène, qualifié de « deuxième génération », intrigue par sa singularité et ses implications théoriques.
Ces observations, publiées le 28 octobre dans The Astrophysical Journal Letters, résultent de l’analyse des signaux d’ondes gravitationnelles captés par le réseau LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). Les ondes gravitationnelles, infimes oscillations de l’espace-temps, sont générées par des événements cosmiques d’une extrême violence et traversent des distances de plusieurs milliards d’années-lumière. Leur détection marque une avancée majeure dans l’exploration des phénomènes gravitationnels extrêmes.
Comme l’explique Stephen Fairhurst, professeur à l’Université de Cardiff et co-auteur de l’étude, « Ces résultats fournissent des preuves fascinantes que ces trous noirs se sont formés à partir de fusions antérieures de trous noirs ». Cette affirmation souligne l’importance de ces découvertes pour la compréhension des cycles de vie des objets compacts.
Caractéristiques inédites des collisions de trous noirs massifs
Les deux fusions présentent des propriétés remarquables. Dans chaque cas, le trou noir le plus massif affichait une rotation exceptionnellement rapide et une masse presque double de celle de son compagnon. De telles caractéristiques sont rares et offrent de nouvelles perspectives sur la dynamique et l’évolution des trous noirs. Les astrophysiciens y voient une opportunité de mieux cerner les processus de croissance et d’interaction de ces objets extrêmes.
La première collision, désignée GW241011, a été enregistrée le 11 octobre 2024. Elle impliquait des trous noirs de six et vingt masses solaires, situés à environ 700 millions d’années-lumière. L’objet le plus massif de ce duo se distingue par sa vitesse de rotation, l’une des plus élevées jamais mesurées à ce jour. Un mois plus tard, le 10 novembre 2024, une seconde fusion, GW241110, a été détectée à 2,4 milliards d’années-lumière, entre des trous noirs de huit et dix-sept masses solaires. Fait inédit, le trou noir le plus massif tournait à contre-sens de son orbite, une configuration jamais observée auparavant.
Fusions hiérarchiques et dynamique des amas stellaires
Les chercheurs attribuent ces événements à des fusions hiérarchiques, survenant dans des environnements très denses comme les amas d’étoiles. Dans ces régions, les rencontres et coalescences entre trous noirs sont favorisées. Jess McIver, co-auteure de l’étude, souligne : « C’est l’une de nos découvertes les plus excitantes à ce jour. Ces événements montrent qu’il existe des poches très denses et actives de l’univers rapprochant certaines étoiles mortes ».
Gianluca Gemme, chercheur à l’INFN et porte-parole de la collaboration Virgo, ajoute : « Les configurations de spin inhabituelles observées dans GW241011 et GW241110 ne remettent pas seulement en question notre compréhension de la formation des trous noirs, mais nous apprennent que certains trous noirs existent non seulement comme des partenaires isolés, mais probablement aussi comme des membres d’une foule dense et dynamique ».
Confirmation des prédictions d’Einstein sur la relativité générale
Au-delà de leur rareté, ces fusions valident également les prédictions fondamentales de la relativité générale. Lors de GW241011, la déformation du trou noir le plus massif, induite par sa rotation rapide, correspond précisément aux calculs d’Albert Einstein et de Roy Kerr sur les trous noirs en rotation. Un autre aspect marquant : le « bourdonnement » détecté dans les ondes gravitationnelles, conséquence de la différence de masse entre les deux objets, rappelle les harmoniques musicales et avait été anticipé par Einstein lui-même.
