Après avoir effectué une sorte d'inventaire cosmique pour calculer et catégoriser les trous noirs des restes stellaires, astronomes de l'Université de Californie, Irvine a conclu qu'il y a probablement des dizaines de millions d'énigmatiques, objets sombres dans la Voie lactée - bien plus que prévu.

"Nous pensons avoir montré qu'il y a jusqu'à 100 millions de trous noirs dans notre galaxie, " a déclaré James Bullock, président de l'UCI et professeur de physique et d'astronomie, co-auteur d'un article de recherche sur le sujet dans le numéro actuel de Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

Le recensement céleste de l'UCI a commencé il y a plus d'un an et demi, peu de temps après la nouvelle que l'Observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser, ou LIGO, avait détecté des ondulations dans le continuum espace-temps créées par la collision lointaine de deux trous noirs, chacun la taille de 30 soleils.

"Fondamentalement, la détection des ondes gravitationnelles était une affaire énorme, car c'était une confirmation d'une prédiction clé de la théorie de la relativité générale d'Einstein, " Bullock a déclaré. "Mais ensuite nous avons regardé de plus près l'astrophysique du résultat réel, une fusion de deux trous noirs de 30 masses solaires. C'était tout simplement incroyable et nous a fait demander, « Quelle est la fréquence des trous noirs de cette taille ? et à quelle fréquence fusionnent-ils ? »

Il a déclaré que les scientifiques supposent que la plupart des trous noirs stellaires - qui résultent de l'effondrement d'étoiles massives à la fin de leur vie - auront à peu près la même masse que notre soleil. Voir la preuve que deux trous noirs de proportions aussi épiques se sont finalement réunis dans une collision cataclysmique a fait se gratter la tête.

Le travail de l'UCI était une enquête théorique sur "l'étrangeté de la découverte de LIGO, " dit Bullock. La recherche, dirigé par le doctorant Oliver Elbert, était une tentative d'interpréter les détections d'ondes gravitationnelles à travers le prisme de ce qui est connu sur la formation des galaxies et de former un cadre pour comprendre les événements futurs.

« Sur la base de ce que nous savons de la formation d'étoiles dans des galaxies de différents types, nous pouvons en déduire quand et combien de trous noirs se sont formés dans chaque galaxie, " a déclaré Elbert. " Les grandes galaxies abritent des étoiles plus anciennes, et ils hébergent aussi des trous noirs plus anciens."

Selon le co-auteur Manoj Kaplinghat, professeur UCI de physique &astronomie, le nombre de trous noirs d'une masse donnée par galaxie dépendra de la taille de la galaxie.

La raison en est que les plus grandes galaxies ont de nombreuses étoiles riches en métaux, et les galaxies naines plus petites sont dominées par de grandes étoiles de faible métallicité. Des étoiles qui contiennent beaucoup d'éléments plus lourds, comme notre soleil, versé une grande partie de cette masse au cours de leur vie. Quand vient le temps de tout finir dans une supernova, il ne reste plus autant de matière à s'effondrer sur elle-même, résultant en un trou noir de masse inférieure. Les grandes étoiles à faible teneur en métal ne perdent pas autant de leur masse au fil du temps, alors quand l'un d'eux meurt, presque toute sa masse se retrouvera dans le trou noir.

"Nous avons une assez bonne compréhension de la population globale d'étoiles dans l'univers et de leur distribution de masse à leur naissance, donc nous pouvons dire combien de trous noirs auraient dû se former avec 100 masses solaires contre 10 masses solaires, " a déclaré Bullock. " Nous avons pu déterminer combien de grands trous noirs devraient exister, et ça a fini par se chiffrer en millions - bien plus que ce que j'avais prévu."

En outre, faire la lumière sur les phénomènes ultérieurs, les chercheurs de l'UCI ont cherché à déterminer à quelle fréquence les trous noirs se produisent par paires, combien de fois ils fusionnent, et combien de temps cela prend. Ils se sont demandé si les trous noirs de 30 masses solaires détectés par LIGO étaient nés il y a des milliards d'années et avaient mis beaucoup de temps à fusionner ou s'ils étaient apparus plus récemment (au cours des 100 derniers millions d'années) et ont fusionné peu de temps après.

"Nous montrons que seulement 0,1 à 1% des trous noirs formés doivent fusionner pour expliquer ce que LIGO a vu, " dit Kaplinghat. " Bien sûr, the black holes have to get close enough to merge in a reasonable time, which is an open problem."

Elbert said he expects many more gravitation wave detections so that he and other astronomers can determine if black holes collide mostly in giant galaxies. Cette, il a dit, would tell them something important about the physics that drive them to coalesce.

According to Kaplinghat, they may not have to wait too long, relatively speaking. "If the current ideas about stellar evolution are right, then our calculations indicate that mergers of even 50-solar-mass black holes will be detected in a few years, " il a dit.