Pour la première fois, des scientifiques ont mesuré directement la vitesse de recul d'un trou noir nouvellement formé après une fusion cataclysmique, apportant des informations inédites sur ces événements extrêmes.
Lorsque deux trous noirs de tailles très différentes entrent en collision, ils génèrent des ondes gravitationnelles, ces ondulations de l'espace-temps prédites par Albert Einstein. La différence de masse entre les deux objets crée un déséquilibre qui propulse le trou noir final à une vitesse importante: c'est ce que les astrophysiciens appellent un "coup de pied natal".
Cette découverte a été rendue possible grâce à l'analyse du signal GW190412, capté en 2019.
En étudiant, grâce aux ondes gravitationnelles, les caractéristiques des deux trous noirs initiaux – leur masse et leur vitesse de rotation – ils ont pu déterminer la direction et la vitesse de recul du trou noir final.
Le résultat est saisissant: le trou noir a été projeté à plus de 50 km/s (environ 180 000 km/h). À cette vitesse, il pourrait parcourir la distance entre Paris et Tokyo (9 700 km) en trois minutes. Un tel déplacement est suffisant pour éjecter le trou noir de son amas d'étoiles d'origine. Cela l'empêche de fusionner à nouveau avec d'autres, limitant ainsi la formation de trous noirs supermassifs.
Comprendre ces mécanismes est essentiel pour retracer l'évolution des grandes structures cosmiques et la croissance des trous noirs au fil du temps.
Cette avancée ouvre aussi la voie à des observations futures combinant ondes gravitationnelles et lumière visible, offrant un nouveau regard sur les phénomènes les plus violents de l'Univers. Comme l'a souligné un co-auteur de l'étude, ces résultats démontrent la puissance des ondes gravitationnelles comme outil pour explorer l'invisible.
Animation de la fusion de deux trous noirs
Crédit: SXS Ondes gravitationnelles
Les ondes gravitationnelles sont des déformations de l'espace-temps produites par des événements astrophysiques extrêmement énergétiques, comme la fusion de trous noirs ou d'étoiles à neutrons. Prédites par Albert Einstein en 1916, elles ont été observées pour la première fois en 2015 par l'interféromètre LIGO.
Ces ondes se propagent à la vitesse de la lumière et permettent de détecter des phénomènes invisibles pour les télescopes classiques. Les détecteurs, des instruments de haute précision, mesurent des variations infimes de distance, de l'ordre d'une fraction de la taille d'un atome.
L'analyse de ces signaux donne des informations précieuses sur la masse, la rotation et la distance des objets impliqués, révolutionnant notre compréhension de l'Univers.
Trous noirs et leur formation
Un trou noir est une région de l'espace où la gravité est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s'en échapper. Ils naissent généralement de l'effondrement d'étoiles massives en fin de vie, mais peuvent aussi résulter de la fusion entre plusieurs trous noirs plus petits.
Lorsqu'ils fusionnent, ces astres libèrent une énergie colossale sous forme d'ondes gravitationnelles. La masse et la taille des trous noirs déterminent alors l'intensité de l'événement et les propriétés du trou noir résultant.
Les "coups de pied natals", comme celui observé dans l'événement GW190412, jouent un rôle majeur: en expulsant certains trous noirs hors de leur environnement stellaire, ils empêchent la multiplication des fusions successives. Cela limite la croissance de ces objets vers des trous noirs supermassifs qui trônent au centre des galaxies.