L'étudiant néerlandais Arend Moerman (Université de Leiden, Pays-Bas) a soutenu sa thèse de recherche sur la simulation des interactions chaotiques de trois trous noirs. Les simulations, qu'il a réalisé avec des chercheurs de Leyde et d'Oxford, montrent que les trous noirs plus légers ont tendance à se lancer dans l'espace, tandis que les plus lourds ont tendance à fusionner. La recherche sera publiée dans la principale revue Examen physique D .

Arend Moerman, étudiant à la maîtrise en astronomie à Leyde, a passé un an à étudier les interactions dynamiques et les collisions entre trois trous noirs imaginaires. Les interactions entre trois corps tels que les étoiles ou les planètes ou les trous noirs ne peuvent pas être prédites avec une formule élégante. Moerman a donc utilisé un ordinateur qui calcule ce qui se passe pendant une courte période de temps, puis utilise le résultat pour la période de temps suivante.

Étendu avec la théorie de la relativité

Le code informatique est une version étendue du code utilisé par le premier auteur Tjarda Boekholt (Université d'Oxford, Royaume-Uni) et co-auteur Simon Portegies Zwart (Leiden Observatory, Leiden University) en 2020 et 2018. Le nouveau, le code étendu prend en compte la théorie de la relativité d'Einstein. Ceci est important car la théorie de la relativité joue un rôle majeur surtout dans le cas d'objets lourds tels que les trous noirs.

Les chercheurs ont fait varier les masses des trois trous noirs en interaction. Ils ont commencé avec une masse solaire et sont allés jusqu'à un milliard de fois la masse du soleil.

Point de basculement

Une dizaine de millions de masses solaires, il semblait y avoir un point de basculement. Dans les simulations, les trous noirs qui sont plus légers qu'environ dix millions de masses solaires s'éjectent principalement les uns les autres à travers une fronde gravitationnelle. Des trous noirs plus lourds qu'environ dix millions de masses solaires commencent à fusionner. D'abord, deux trous noirs fusionnent. Le troisième trou noir suivra plus tard. Les trous noirs fusionnent parce qu'ils perdent de l'énergie cinétique et c'est parce qu'ils émettent des ondes gravitationnelles.

"Le travail d'Arend", dit Simon Portegies Zwart, " a conduit à une nouvelle compréhension de la façon dont les trous noirs deviennent supermassifs. Dans les simulations, on voit que les trous noirs lourds ne se déplacent plus indéfiniment les uns autour des autres, mais ça, s'ils sont assez lourds, ils entrent en collision à peu près instantanément."

Moerman a reçu la note la plus élevée possible pour sa thèse de maîtrise. Pendant ce temps, il a commencé un deuxième projet de recherche de fin d'études sur DESHIMA, un spectroscope néerlando-japonais sur puce.