Les détecteurs d'ondes gravitationnelles détectent des fusions de trous noirs dans l'univers au rythme d'un par semaine. Si ces fusions se produisent dans un espace vide, les chercheurs ne peuvent pas voir la lumière associée qui est nécessaire pour déterminer où ils se sont produits. Cependant, une nouvelle étude en Les lettres du journal astrophysique , dirigé par des scientifiques de l'American Museum of Natural History et de la City University of New York (CUNY), suggère que les chercheurs pourraient enfin voir la lumière des fusions de trous noirs si les collisions se produisent en présence de gaz.

"Avec une signature lumineuse, les astronomes pourraient facilement localiser l'emplacement cosmique de ces fusions et les étudier beaucoup plus en détail qu'il n'est actuellement possible, " a déclaré l'auteur de l'article Barry McKernan, chercheur associé au département d'astrophysique du musée et professeur au Borough of Manhattan Community College, CUNY, et membre du corps professoral du Graduate Center de CUNY.

Les trous noirs se forment lorsque des étoiles massives meurent. Tout comme des objets denses s'enfonçant dans une rivière sur Terre, les trous noirs ont tendance à s'enfoncer dans les régions des galaxies où la gravité est la plus forte. On pense qu'un grand nombre de trous noirs s'accumulent au centre des galaxies, où un beaucoup plus grand, Célibataire, un trou noir supermassif se cache.

Si des petits trous noirs individuels passent suffisamment près les uns des autres pendant leur orbite, leur gravité mutuelle leur permet de s'apparier et de se mettre en orbite, tout en orbite autour du trou noir supermassif central. Mais une deuxième rencontre rapprochée aléatoire avec un autre petit trou noir peut facilement briser un tel appariement.

"Alors les trous noirs dansent, former et rompre des partenariats, mais rarement assez proches les uns des autres pour fusionner, " a déclaré le co-auteur de l'article K.E. Saavik Ford, qui est également chercheur associé au département d'astrophysique du musée et professeur au Borough of Manhattan Community College, CUNY, et membre du corps professoral du Graduate Center de CUNY. « Si une fusion se produit, il se produira dans l'obscurité, sans lumière associée."

Cette image change si une grande masse de gaz tombe sur le trou noir supermassif central. Cela se traduira par un disque de gaz brillant qui enveloppe de nombreux trous noirs qui pullulent autour du trou noir supermassif central et modifie leurs orbites. Une fois à l'intérieur du disque, les remorqueurs à gaz sur les trous noirs, les faisant se rapprocher du trou noir supermassif central. Si les plus petits trous noirs passent assez près les uns des autres, le gaz les entraîne très rapidement ensemble, provoquant une fusion et une explosion d'ondes gravitationnelles qui peuvent être détectées par le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-Unis et le détecteur Virgo basé en Europe.

La nouvelle œuvre de McKernan, Gué, et collaborateurs du California Institute of Technology, Laboratoire de propulsion à réaction, Université d'Édimbourg, Université de Columbia, et Université de Floride, suggère qu'il peut être possible de voir l'effet des fusions de trous noirs sur le disque de gaz. L'idée :une fois les trous noirs fusionnés, ils subissent généralement un coup de pied à grande vitesse (environ 50 kilomètres par seconde/112, 000 milles à l'heure). Le gaz à proximité tente de suivre le produit de la fusion, mais heurte le gaz du disque voisin provoquant une collision de choc. Si le disque de gaz est suffisamment fin pour laisser s'échapper la lumière, la lueur de choc peut être détectable avec les relevés du ciel au télescope. La probabilité de détecter la lueur de choc contre un disque déjà brillant est meilleure pour les fusions de trous noirs de grande masse, autour des trous noirs centraux de plus petite masse. L'échelle de temps pendant laquelle la lueur est libérée peut aider les astronomes à distinguer la fusion du trou noir des variations aléatoires du gaz du disque.

"LIGO a ouvert cette toute nouvelle façon de nous permettre d'"entendre" comment deux trous noirs fusionnent en un seul ; et si nous avons raison, il y a peut-être maintenant un moyen de voir ces événements autrement invisibles se produire, ", a déclaré le co-auteur Nicholas Ross de l'Université d'Édimbourg. "Cela aurait des implications profondes sur la façon dont nous étudions les trous noirs et sur la cosmologie observationnelle."

Le co-auteur Matthew Graham de Caltech ajoute :« Nous avons beaucoup de télescopes, tels que ZTF [Zwicky Transient Facility], couvrant maintenant de vastes régions du ciel chaque nuit. S'il existe une contrepartie optique, nous devrions le voir; si nous n'en trouvons pas, cela nous dit aussi quelque chose d'intéressant."