L'astronomie des ondes gravitationnelles offre une nouvelle façon unique d'étudier l'histoire de l'expansion de l'Univers. Le 17 août 2017, les collaborations LIGO et Virgo ont d'abord détecté des ondes gravitationnelles à partir d'une paire d'escaliers à neutrons fusionnant. Le signal d'onde gravitationnelle était accompagné d'une gamme d'homologues identifiés avec des télescopes électromagnétiques.

Cette découverte multi-messagers a permis aux astronomes de mesurer directement la constante de Hubble, une unité de mesure qui nous indique à quelle vitesse l'Univers s'étend. Une étude récente du Centre d'excellence de l'ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav) dirigée par les chercheurs Zhiqiang You et Xingjiang Zhu (Université Monash), ont étudié une autre façon de faire de la cosmologie avec des observations d'ondes gravitationnelles.

Par rapport aux fusions d'étoiles à neutrons, les fusions de trous noirs sont des sources beaucoup plus abondantes d'ondes gravitationnelles. Alors qu'il n'y a eu jusqu'à présent que deux fusions d'étoiles à neutrons détectées, Les collaborations LIGO et Virgo ont publié 10 événements de fusion de trous noirs binaires et des dizaines d'autres candidats ont été signalés.

Malheureusement, aucune émission électromagnétique n'est attendue des fusions de trous noirs. La modélisation théorique des supernovae - des explosions stellaires puissantes et lumineuses - suggère qu'il existe un écart dans les masses des trous noirs d'environ 45 à 60 fois la masse de notre Soleil. Certaines preuves non concluantes qui soutiennent cet écart de masse ont été trouvées dans les observations faites dans les deux premières séries d'observation de LIGO et Virgo. La nouvelle recherche OzGrav montre que cette caractéristique unique du spectre de masse des trous noirs peut aider à déterminer l'histoire de l'expansion de notre Univers en utilisant uniquement les données des ondes gravitationnelles.

OzGrav Ph.D. L'étudiant et premier auteur Zhiqiang You déclare :« Notre travail a étudié la perspective avec des détecteurs d'ondes gravitationnelles de troisième génération, ce qui nous permettra de voir chaque fusion de trous noirs binaires dans l'Univers."

En dehors de la constante de Hubble, il existe d'autres facteurs qui peuvent affecter la répartition des masses de trous noirs. Par exemple, les scientifiques ne sont toujours pas certains de l'emplacement exact de l'écart de masse du trou noir et de l'évolution du nombre de fusions de trous noirs au cours de l'histoire cosmique.

La nouvelle étude démontre qu'il est possible de mesurer simultanément les masses des trous noirs avec la constante de Hubble. Il a été découvert qu'un détecteur de troisième génération comme le télescope Einstein ou l'explorateur cosmique devrait mesurer la constante de Hubble à mieux qu'un pour cent en un an de fonctionnement. De plus, avec seulement une semaine d'observation, l'étude a révélé qu'il est possible de distinguer la cosmologie standard de l'énergie noire et de la matière noire avec ses alternatives simples.