Les trous noirs les plus massifs de l'Univers pourraient naître dans le chaos. En scrutant les ondulations de l'espace-temps, les scientifiques ont distingué deux catégories de trous noirs. Les plus légers proviendraient de l'effondrement d'étoiles massives, alors que les plus lourds seraient le fruit de collisions de trous noirs en chaîne dans des amas d'étoiles très denses, un processus bien plus violent et intense qu'imaginé jusqu'à aujourd'hui.
Pour parvenir à cette conclusion, les chercheurs ont exploité les données des détecteurs d'ondes gravitationnelles LIGO, Virgo et KAGRA. Ces instruments captent les infimes vibrations de l'espace-temps provoquées par des événements cataclysmiques, comme la fusion de trous noirs.
Représentation artistique de deux trous noirs tournant l'un autour de l'autre avant de fusionner.
Crédit: NASA En analysant 153 fusions, l'équipe de l'Université de Cardiff a pu tracer l'évolution de ces objets. Le responsable de l'étude, Fabio Antonini, précise que l'astronomie gravitationnelle ne se limite plus à compter les fusions: elle commence à révéler comment et où les trous noirs grandissent.
Ces résultats révèlent une séparation nette entre les trous noirs de faible masse et ceux de masse élevée. Les premiers tournent lentement sur eux-mêmes, un signe typique d'une naissance par effondrement stellaire. Les seconds, en revanche, possèdent des rotations rapides et orientées aléatoirement. Cette signature correspond exactement à ce que l'on attend si des trous noirs fusionnent à plusieurs reprises dans un amas dense.
Par ailleurs, l'étude confirme également l'existence d'une "lacune de masse" théorique autour de 45 masses solaires. Au-delà de ce seuil, les étoiles les plus massives ne produiraient pas de trou noir lors de leur mort. Elles seraient totalement détruites par une supernova avant qu'un trou noir puisse se former. Les trous noirs dépassant cette masse ne peuvent donc pas provenir d'une étoile unique. Leur origine serait forcément le résultat de fusions hiérarchiques, comme celles observées dans les amas globulaires.
Les prochaines observations des détecteurs gravitationnels devraient affiner ce tableau. En traquant toujours plus de fusions, les astronomes espèrent mieux comprendre le destin des étoiles les plus massives et le rôle des amas globulaires dans la fabrication des trous noirs géants.