Une équipe internationale de chercheurs, dont le professeur Badri Krishnan de l'Université Radboud, a vérifié une propriété importante des trous noirs connue sous le nom de théorème sans cheveux en utilisant des observations d'ondes gravitationnelles. Leurs recherches sont publiées dans la revue Physical Review Letters. .
C’est un fait naturel remarquable que les trous noirs sont des objets extrêmement simples. En fait, chaque trou noir de notre univers est entièrement décrit par seulement deux chiffres :sa masse et son moment cinétique (ou « spin »). Cela n'est pas vrai pour les étoiles ou planètes normales qui sont constituées de distributions de matière beaucoup plus complexes.
Comme toute autre étoile, les trous noirs ont des « modes quasi-normaux ». Ceci est familier à la plupart des lecteurs comme étant la propriété d'une cloche :lorsqu'elle est frappée par un marteau, la cloche émet un spectre de tonalités qui s'estompent lentement avec le temps. Ces tonalités sont déterminées par de nombreux facteurs tels que la forme de la cloche, le matériau particulier dont elle est constituée, etc.
De la même manière, un trou noir perturbé émet un spectre caractéristique de signaux d’ondes gravitationnelles qui ont des fréquences spécifiques et s’estompent avec le temps. À la lumière du théorème sans cheveux, le spectre du mode quasi-normal d'un trou noir doit être fortement contraint puisque le spectre entier doit également être déterminé par seulement deux nombres.
Ainsi, lorsque nous recevons le signal d'onde gravitationnelle d'une étoile comprenant au moins deux modes quasi-normaux, nous pouvons utiliser cette propriété pour déterminer s'il s'agit effectivement d'un trou noir ou non.
Pour vérifier cette propriété des trous noirs, l’équipe a réanalysé les données du signal d’onde gravitationnelle d’un événement de fusion binaire de trous noirs connu sous le nom de GW190521. Cet événement a été détecté par les observatoires LIGO et Virgo en mai 2019.
En utilisant des techniques plus sensibles, ils ont découvert une surprise cachée dans les données :un deuxième mode quasi-normal beaucoup plus faible, manqué par les analyses précédentes. Ce fut une surprise majeure puisque l'on pensait que de telles détections nécessiteraient des détecteurs beaucoup plus sensibles qui ne seraient disponibles que dans le milieu des années 2030.
"Il y a plus de 20 ans, nous avions proposé de telles observations comme moyen de tester la nature des trous noirs", explique Badri Krishnan. "À l'époque, nous ne pensions pas que les détecteurs LIGO et Virgo actuels seraient capables d'observer plusieurs modes de sonnerie. Ces résultats sont donc particulièrement gratifiants pour moi.
"Jusqu'à présent, nous n'avons trouvé aucun écart par rapport aux prédictions de la relativité générale et Einstein continue d'avoir raison. Notre analyse montre que les fréquences et les temps d'amortissement des modes quasi-normaux sont cohérents avec les prédictions de la relativité générale."
Plus d'informations : Collin D. Capano et al, Spectre quasinormal multimode d'un trou noir perturbé, Physical Review Letters (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.131.221402
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique
Fourni par l'Université Radboud
