Loin de la terre, deux trous noirs orbitent l'un autour de l'autre, propageant des ondes qui courbent le temps et l'espace. L'existence de telles ondes – les ondes gravitationnelles – a été prédite pour la première fois par Albert Einstein il y a plus d'un siècle sur la base de sa théorie de la relativité générale. Et comme toujours, Einstein avait raison.

Mais il a fallu attendre 2015 pour que le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory détecte pour la première fois les ondes gravitationnelles, découvertes qui ont valu à l'équipe LIGO le prix Nobel de physique deux ans plus tard. En plus de l'onde de choc que cette découverte a envoyé à travers la communauté scientifique, il a également donné aux chercheurs le nouveau domaine de l'astronomie des ondes gravitationnelles. Mais comme pour de nombreuses découvertes, pour chaque mystère résolu, de nouvelles questions se sont posées.

Une de ces nouvelles énigmes :comment ces trous noirs induisant des ondes gravitationnelles sont-ils apparus ? Ecrire dans le journal Lettres d'examen physique , Joseph Fedrow du Yukawa Institute for Theoretical Physics de l'Université de Kyoto, en collaboration avec l'International Research Unit for Advanced Future Studies, a déterminé à quoi pourraient ressembler les ondes gravitationnelles si deux trous noirs se formaient à l'intérieur d'un massif, étoile qui s'effondre.

"Bien que les ondes gravitationnelles nous aient permis de détecter directement les trous noirs pour la première fois, nous ne connaissons toujours pas les origines exactes de ces trous noirs particuliers, " explique Fedrow. " Une idée est que ces trous noirs se sont formés lors de la fragmentation dynamique du noyau interne d'une étoile mourante subissant un effondrement gravitationnel. " Ceci, selon Fedrow, aurait pu faire en sorte que deux des fragments soient devenus des trous noirs et orbitent l'un autour de l'autre dans les restes de l'environnement stellaire.

Pour tester cette proposition, l'équipe a utilisé des superordinateurs et les outils de la relativité numérique pour créer un modèle de deux trous noirs dans un tel environnement. Et après de longues heures de calcul, la sortie a été comparée aux données d'observation de LIGO. "Nos résultats étaient sensiblement différents, montrant que si des trous noirs se forment dans une haute densité, environnement stellaire, puis le temps qu'il leur faut pour fusionner se raccourcit. Si la densité est abaissée à des niveaux plus proches du vide, alors les ondes gravitationnelles résultantes correspondent à celles de l'événement observé."

En plus d'éclairer la dynamique des trous noirs binaires, ces résultats réaffirment que les premières ondes détectées par LIGO provenaient de trous noirs dans une région vide de l'espace. « Dans cette passionnante, nouvelle ère de l'astronomie des ondes gravitationnelles, on ne sait pas ce qu'on va trouver, ou où il nous mènera, " conclut Fedrow. " Mais notre travail ici aidera à éclairer des chemins inexplorés, et éclaire le plus sombre des objets de l'univers."