Dans ce qui est considéré comme la première détection directe d’une paire de trous noirs en fusion, les astronomes ont observé un cataclysme cosmique qui pourrait tester notre compréhension de la façon dont ces objets se forment et évoluent.

Cette découverte, publiée dans la revue Nature, offre de nouveaux indices sur les origines mystérieuses des trous noirs binaires, des paires de trous noirs qui tournent autour l'un de l'autre avant de finalement entrer en collision.

"Nous pensons que cet événement est le résultat d'une paire de trous noirs nés lors de l'explosion d'une seule étoile massive", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Vicky Kalogera, professeur de physique et d'astronomie à l'Université Northwestern.

L’explosion stellaire, connue sous le nom de supernova, se serait produite il y a des centaines de millions d’années dans une galaxie située à des milliards d’années-lumière de la Terre.

"Les deux trous noirs résultant de la supernova auraient été sur une orbite très proche", a déclaré Kalogera. "Au fil du temps, ils auraient rayonné de l'énergie et perdu leur moment cinétique, provoquant la désintégration de leur orbite et la spirale des trous noirs vers l'intérieur."

La plongée finale se serait produite en une fraction de seconde, déclenchant une explosion d'ondes gravitationnelles – des ondulations dans l'espace-temps prédites par la théorie de la relativité générale d'Einstein.

Ces ondes gravitationnelles auraient parcouru l’univers et auraient finalement atteint LIGO, une paire d’interféromètres laser géants situés aux États-Unis. LIGO est conçu pour détecter ces ondulations dans l’espace-temps.

Le 21 mai 2019, LIGO a détecté un signal d’onde gravitationnelle qui correspondait à la signature prédite d’une paire de trous noirs en fusion.

L’événement, baptisé GW190521, était la fusion de trous noirs binaires la plus massive jamais observée par LIGO. Le trou noir primaire avait une masse d’environ 85 fois celle du soleil, tandis que le trou noir secondaire avait une masse d’environ 66 fois celle du soleil.

"La masse de ces trous noirs est particulièrement intrigante", a déclaré Kalogera. "Ils sont tous deux plus grands que les trous noirs de masse stellaire typiques que nous avons observés jusqu'à présent."

Cela suggère que GW190521 pourrait s’être formé selon un mécanisme différent de celui de la plupart des autres trous noirs binaires.

"Il est possible que ces deux trous noirs aient été formés à partir d'un système stellaire binaire massif", a déclaré Kalogera. "Dans un tel système, les deux étoiles échangent de la masse et finissent par fusionner, formant un seul trou noir. Ce trou noir pourrait ensuite fusionner avec un autre trou noir pour former le trou noir binaire que nous avons observé."

La découverte de GW190521 constitue une étape majeure dans l’étude des trous noirs et des ondes gravitationnelles. Il fournit de nouveaux aperçus sur la formation et l’évolution de ces objets et offre un aperçu alléchant de l’univers violent qui se trouve bien au-delà de notre portée.