Le concept de cet artiste représente un trou noir supermassif au centre d'une galaxie. La couleur bleue représente ici le rayonnement sortant d'un matériau très proche du trou noir. La structure grisâtre entourant le trou noir, appelé tore, est composé de gaz et de poussière. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Des physiciens ont décrit comment les observations d'ondes gravitationnelles limitent les explications possibles de la formation de trous noirs en dehors de notre galaxie; soit ils tournent plus lentement que les trous noirs de notre propre galaxie, soit ils tournent rapidement mais sont "basculés" avec des tours orientés au hasard par rapport à leur orbite.
Le papier, Publié dans La nature , est basé sur des données obtenues à la suite d'observations marquantes d'ondes gravitationnelles par le détecteur d'ondes gravitationnelles LIGO en 2015 et à nouveau en 2017.
Dans notre propre galaxie, nous avons pu observer électromagnétiquement des trous noirs en orbite autour d'étoiles et cartographier leur comportement, notamment leur rotation rapide.
Les ondes gravitationnelles transportent des informations sur les origines dramatiques du noir qui ne peuvent pas être obtenues autrement. Les physiciens ont conclu que les premières ondes gravitationnelles détectées, en septembre 2015, ont été produits au cours de la dernière fraction de seconde de la fusion de deux trous noirs pour produire un seul, trou noir en rotation plus massif. Des collisions de deux trous noirs avaient été prédites, mais jamais observé.
En tant que tel, les ondes gravitationnelles présentent le meilleur et le seul moyen d'avoir un aperçu approfondi de la population de trous noirs binaires de masse stellaire au-delà de notre galaxie. Cet article indique que les trous noirs vus via les ondes gravitationnelles sont différents de ceux précédemment observés dans notre galaxie de l'une des deux manières possibles.
La première possibilité est que les trous noirs tournent lentement. Si tel est le cas, cela suggère que quelque chose de différent arrive aux étoiles qui forment ces trous noirs que ceux observés dans notre galaxie.
La deuxième possibilité est que les trous noirs tournent rapidement, un peu comme ceux de notre galaxie, mais ont été "basculés" pendant la formation et ne sont donc plus alignés avec l'orbite. Si c'est le cas, cela signifierait que les trous noirs vivent dans un environnement dense - très probablement au sein d'amas d'étoiles. Cela rendrait la formation considérablement plus dynamique.
Il y a, cependant, aussi la chance que les deux possibilités soient vraies - qu'il y ait des instances de trous noirs tournant lentement dans le champ et des instances de trous noirs tournant rapidement dans un environnement dense.
Dr Will Farr, de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Birmingham, expliqué, « En présentant ces deux explications du comportement observé, et exclure d'autres scénarios, nous fournissons à ceux qui étudient et tentent d'expliquer la formation des trous noirs une cible à atteindre. Dans notre domaine, connaître la question à poser est presque aussi important que d'obtenir la réponse elle-même."
Professeur Ilya Mandel, également de l'Université de Birmingham, a ajouté « Nous saurons quelle explication est la bonne dans les prochaines années. C'est quelque chose qui n'a été rendu possible que par les détections LIGO d'ondes gravitationnelles au cours des deux dernières années. Ce domaine en est à ses balbutiements ; je suis convaincu que dans un futur proche, nous reviendrons sur ces premières détections et modèles rudimentaires avec nostalgie et une bien meilleure compréhension de la formation de ces systèmes binaires exotiques."
L'équipe était dirigée par des chercheurs de l'Université de Birmingham au Royaume-Uni aux côtés de l'Université du Maryland, Université de Chicago et Kavli Institute for Theoretical Physics aux États-Unis.
