Une simulation de collision de trous noirs binaires supermassifs. Crédit :NASA.
Les galaxies hébergent des trous noirs supermassifs, qui pèsent des millions à des milliards de fois plus que le soleil. Quand les galaxies entrent en collision, des paires de trous noirs supermassifs en leurs centres se trouvent également sur la trajectoire de collision. Il faudra peut-être des millions d'années avant que deux trous noirs ne se percutent. Lorsque la distance entre eux est suffisamment petite, le binaire du trou noir commence à produire des ondulations dans l'espace-temps, que l'on appelle les ondes gravitationnelles.
Les ondes gravitationnelles ont été observées pour la première fois en 2015, mais ils ont été détectés à partir de trous noirs beaucoup plus petits, qui pèsent des dizaines de fois le soleil. Les ondes gravitationnelles des trous noirs supermassifs restent un mystère pour les scientifiques. Leur découverte serait inestimable pour déterminer comment les galaxies et les étoiles se forment et évoluent, et trouver l'origine de la matière noire.
Une étude récente dirigée par le Dr Boris Goncharov et le professeur Ryan Shannon, tous deux chercheurs du Centre d'excellence de l'ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav), a résolu cette énigme. En utilisant les données les plus récentes de l'expérience australienne connue sous le nom de Parkes Pulsar Timing Array, les scientifiques ont recherché ces mystérieuses ondes gravitationnelles à partir de trous noirs supermassifs.
L'expérience a observé des pulsars radio :des noyaux effondrés extrêmement denses d'étoiles supergéantes massives (appelées étoiles à neutrons) qui émettent des ondes radio, comme un faisceau de phare. La synchronisation de ces impulsions est extrêmement précise, considérant que le bruit de fond des ondes gravitationnelles avance et retarde les temps d'arrivée des impulsions selon un schéma prédit à travers le ciel, d'environ la même quantité dans tous les pulsars. Les chercheurs rapportent maintenant que les temps d'arrivée de ces ondes radio montrent des écarts avec des propriétés similaires, comme on l'attend des ondes gravitationnelles. Cependant, plus de données sont nécessaires pour conclure si les temps d'arrivée des ondes radio sont corrélés dans tous les pulsars à travers le ciel, qui est considéré comme le « fusil fumant ». Des résultats similaires ont également été obtenus par des collaborations basées en Amérique du Nord et en Europe. Ces collaborations, avec des groupes basés en Inde, Chine, et l'Afrique du Sud, combinent activement des ensembles de données dans le cadre de l'International Pulsar Timing Array, pour améliorer la couverture du ciel.
Les contraintes sur les corrélations inter-pulsars obtenues par Goncharov et al. (2021), comme contours de probabilité rouges, et la corrélation spatiale attendue qui aurait été produite par le signal d'ondes gravitationnelles d'un ensemble de binaires de trous noirs supermassifs. Crédit :Centre d'excellence ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles
Cette découverte est considérée comme un précurseur de la détection des ondes gravitationnelles des trous noirs supermassifs. Cependant, Le Dr Goncharov et ses collègues soulignent que les variations observées dans les temps d'arrivée des ondes radio pourraient également être dues au bruit intrinsèque du pulsar. Le Dr Gontcharov a déclaré :« Pour savoir si la dérive « commune » observée a une origine d'onde gravitationnelle, ou si le signal d'onde gravitationnelle est plus profond dans le bruit, nous devons continuer à travailler avec de nouvelles données provenant d'un nombre croissant de matrices de synchronisation de pulsars à travers le monde."
