La formation de trous noirs lors de collisions stellaires dépend de plusieurs facteurs, tels que la masse des étoiles impliquées, leur dynamique orbitale et les conditions de leur environnement. Les collisions stellaires ne sont pas de simples événements aléatoires; ils se produisent à la suite de scénarios astrophysiques spécifiques.
L’un de ces scénarios implique des systèmes d’étoiles binaires, dans lesquels deux étoiles sont liées gravitationnellement l’une à l’autre et gravitent autour d’un centre de masse commun. Si ces étoiles sont suffisamment massives et que leurs orbites sont suffisamment proches, elles peuvent éventuellement entrer en collision en raison de la perte de moment cinétique. La collision entraîne la fusion de leurs noyaux, créant un objet unique plus massif. Si cet objet dépasse une masse critique, il s’effondre sous sa propre gravité, formant un trou noir.
Un autre scénario pouvant conduire à des collisions stellaires et à la formation de trous noirs est connu sous le nom de rencontre dynamique. Cela se produit dans des environnements stellaires denses tels que les centres des galaxies, où les étoiles se déplacent de manière chaotique et peuvent se rencontrer de manière rapprochée. Dans ces environnements, les étoiles peuvent être projetées les unes vers les autres par des interactions gravitationnelles, entraînant des collisions à grande vitesse pouvant conduire à la formation de trous noirs.
La vitesse à laquelle les étoiles entrent en collision et forment des trous noirs dépend de ces conditions astrophysiques et de l’histoire globale de la formation des étoiles dans l’univers. On estime qu’environ 1 à 10 % de toutes les étoiles massives (celles dont la masse initiale est supérieure à 8 masses solaires) finiront par entrer en collision et formeront des trous noirs. Cela peut ne pas sembler une fraction importante, mais étant donné le grand nombre d’étoiles dans l’univers, cela représente toujours une population importante de trous noirs.
Il est important de noter que la formation de trous noirs suite à des collisions stellaires est un processus graduel qui se déroule sur des millions, voire des milliards d’années. L'univers dispose d'un « budget » pour la formation des trous noirs, déterminé par l'évolution et la dynamique globales des étoiles. Bien que l’univers existe depuis environ 13,8 milliards d’années, le taux de formation des trous noirs n’a pas été constant tout au long de son histoire. On pense que la plupart des trous noirs se sont formés au cours des premiers stades de l’univers, lorsque les taux de formation d’étoiles étaient plus élevés et les rencontres stellaires plus fréquentes.
À mesure que l’univers continue d’évoluer, le nombre d’étoiles disponibles pour les collisions diminue et le taux de formation des trous noirs ralentit. Cela signifie que l’univers dispose d’un budget limité pour la formation de trous noirs et qu’à terme, la majorité des étoiles auront évolué au-delà du point où elles peuvent entrer en collision et former des trous noirs.
