Tirez au fusil, et le recul pourrait vous faire reculer. Fusionner deux trous noirs dans un système binaire, et la perte d'élan donne un recul similaire - un "coup de pied" - au trou noir fusionné.

"Pour certains binaires, le coup de pied peut atteindre jusqu'à 5000 kilomètres par seconde, qui est plus grande que la vitesse d'échappement de la plupart des galaxies, " a déclaré Vijay Varma, un astrophysicien au California Institute of Technology et un nouveau Klarman Fellow au Cornell University's College of Arts &Sciences.

Varma et ses collègues chercheurs ont développé une nouvelle méthode utilisant des mesures d'ondes gravitationnelles pour prédire quand un dernier trou noir restera dans sa galaxie hôte et quand il sera éjecté. De telles mesures pourraient fournir une pièce manquante cruciale du puzzle derrière l'origine des trous noirs lourds, dit Varma, ainsi que d'offrir un aperçu de l'évolution des galaxies et des tests de relativité générale. Il est l'auteur principal de "Extracting the Gravitational Recoil from Black Hole Merger Signals, " publié le 13 mars dans Lettres d'examen physique et co-écrit avec Maximiliano Isi et Sylvia Biscoveanu du Massachusetts Institute of Technology.

Comme les trous noirs orbitent dans un système binaire, leurs ondes gravitationnelles emportent énergie et moment cinétique, ce qui provoque le rétrécissement du système binaire au fur et à mesure qu'il s'enroule vers l'intérieur. Lorsqu'un système présente des asymétries, telles que des masses inégales, les ondes gravitationnelles ne sont pas émises de la même manière dans toutes les directions, ce qui provoque une perte nette de quantité de mouvement linéaire, entraînant un recul. La majeure partie de ce recul se produit juste à côté de la fusion, ce qui peut entraîner un coup de pied suffisamment important pour extraire le trou noir nouvellement fusionné de sa galaxie hôte.

Les modèles des chercheurs sont basés sur des simulations de superordinateur qui résolvent numériquement les équations de la relativité générale d'Einstein. Les simulations ont été effectuées dans le cadre d'un effort de recherche plus large dans le cadre de la collaboration Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) qui comprend des groupes de recherche de Caltech et Cornell. Saul Teukolsky, Professeur de physique Hans A. Bethe de Cornell, sert de chef de groupe.

"Cette recherche montre comment les signaux des ondes gravitationnelles peuvent être utilisés pour en savoir plus sur les phénomènes astrophysiques d'une manière inattendue, " a déclaré Teukolsky. " On avait cru qu'il faudrait attendre plus d'une décennie pour des détecteurs suffisamment sensibles pour faire ce genre de travail, mais cette recherche montre que nous pouvons en fait le faire maintenant, très excitant !"

Alors que les signaux d'ondes gravitationnelles disponibles au public annoncés par LIGO et Virgo n'étaient pas assez forts pour une bonne mesure de recul, selon les auteurs, au fur et à mesure que ces détecteurs s'amélioreront au cours des prochaines années, cette méthode sera capable de mesurer de manière fiable le coup de pied.