Dans une nouvelle étude, des chercheurs ont développé une méthode innovante pour détecter les collisions de trous noirs supermassifs. L'étude vient d'être publiée dans le Journal d'astrophysique et a été dirigé par le chercheur postdoctoral Xingjiang Zhu du Centre d'excellence ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav) à l'Université Monash.

Au centre de chaque galaxie de l'univers, il y a un trou noir supermassif des millions à des milliards de fois la masse du soleil. Les grandes galaxies sont assemblées à partir de galaxies plus petites fusionnant ensemble, on s'attend donc à ce que les collisions de trous noirs supermassifs soient courantes dans le cosmos. Mais la fusion des trous noirs supermassifs reste insaisissable :aucune preuve concluante de leur existence n'a été trouvée jusqu'à présent.

Une façon de rechercher ces fusions consiste à émettre des ondes gravitationnelles, des ondulations dans le tissu de l'espace et du temps. Une paire distante de trous noirs supermassifs émet des ondes gravitationnelles lorsqu'elles s'enroulent l'une autour de l'autre. Puisque les trous noirs sont si grands, chaque vague met de nombreuses années à passer par la Terre. Les astronomes ont utilisé une technique connue sous le nom de réseau de synchronisation de pulsars pour observer les ondes gravitationnelles des trous noirs binaires supermassifs, jusqu'à présent en vain.

En parallèle, les astronomes ont recherché la collision de trous noirs supermassifs avec la lumière. Un certain nombre de sources candidates ont été identifiées en recherchant des fluctuations régulières de la luminosité de galaxies lointaines appelées quasars. Les quasars sont extrêmement brillants, On pense qu'il est alimenté par l'accumulation de nuages ​​de gaz sur des trous noirs supermassifs.

Si le centre d'un quasar contient deux trous noirs en orbite l'un autour de l'autre (au lieu d'un seul trou noir), le mouvement orbital pourrait modifier l'accumulation du nuage de gaz et entraîner une variation périodique de sa luminosité. Des centaines de candidats ont été identifiés grâce à de telles recherches, mais les astronomes n'ont pas encore trouvé le signal fumant.

"Si nous pouvons trouver une paire de trous noirs supermassifs fusionnant, il ne nous dira pas seulement comment les galaxies ont évolué, mais aussi révéler la force attendue du signal des ondes gravitationnelles pour les observateurs de pulsars, " dit Zhu.

L'étude OzGrav cherche à trancher le débat, déterminer si l'un des quasars identifiés est susceptible d'être alimenté par la collision de trous noirs. Le verdict? Probablement pas.

"Nous avons développé une nouvelle méthode nous permettant de rechercher un signal périodique et de mesurer les propriétés du bruit de quasar en même temps, " dit Zhu. " Par conséquent, il devrait produire une estimation fiable de la signification statistique du signal détecté."

En appliquant cette méthode à l'une des sources candidates les plus importantes, appelé PG1302-102, les chercheurs ont trouvé des preuves solides de variabilité périodique; cependant, ils ont fait valoir qu'il est peu probable que le signal soit causé par une paire de trous noirs en route vers une collision. Au lieu, ils ont découvert que le modèle communément admis, décrivant les fluctuations de la lumière du gaz chaud, est erronée.

"Nos résultats montrent que les quasars sont compliqués, ", déclare Eric Thrane, collaborateur et chercheur en chef d'OzGrav. "Nous sommes convaincus que cette nouvelle méthode nous aidera à rechercher des collisions de trous noirs supermassifs en comprenant mieux les quasars et en distinguant les signaux possibles."