Ondes gravitationnelles : la nouvelle astronomie démarre

Vue d'artiste de la fusion de deux trous noirs non alignés. ©LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)
Avec une troisième détection d’ondes gravitationnelles produites par la fusion de deux trous noirs, les astrophysiciens de l’observatoire LIGO commencent à étudier une population de corps célestes jusque-là totalement invisibles.

Nous l’annoncions en couverture de Ciel & Espace de mars-avril 2016, la détection des ondes gravitationnelles marque le début d’une nouvelle astronomie. Cela est d’autant plus vrai avec la troisième observation du phénomène par l’observatoire LIGO, situé aux États-Unis, survenue le 4 janvier 2017 lors d’une deuxième période de fonctionnement. Car les deux trous noirs de 31 et 19 masses solaires qui ont fusionné à 3 milliards d’années-lumière et qui ont propagé l’onde ont aussi laissé entrevoir quelques informations supplémentaires sur leur compte. Notamment : il semble que leurs axes de rotation n’aient pas été parallèles.

Une collision de deux trous noirs « étrangers » ?

La différence d’orientation de l’axe de rotation des deux trous noirs peut sembler anecdotique. Elle révèle pourtant potentiellement une indication sur le mécanisme qui a conduit à la collision entre les deux astres. Chacun d’eux se serait formé indépendamment et aurait rencontré l’autre tardivement.

Dans l’hypothèse où les deux trous noirs se seraient formés ensemble, leurs axes de rotation auraient été alignés par rapport au plan de leur orbite. Exactement comme deux étoiles massives réunies dès leur naissance en un système binaire.

Au contraire, la différence d’orientation des axes de rotation montre que chacun des deux trous noirs était initialement « étranger » à l’autre et qu’ils se sont capturés plus tard avant de fusionner. Ceci semble valider un modèle théorique qui veut que les trous noirs, au sein d’un amas d’étoiles, vont avoir tendance à sombre vers le centre de l’amas et donc, à rencontrer les autres trous noirs.

Cette vue d'artiste montre deux trous noirs en orbite l'un autour de l'autre mais dont les axes de rotation pointent dans des directions différentes.
© LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

La nouvelle astronomie

Les astronomes disposent maintenant de trois exemples de fusions de trous noirs. Cela constitue l’embryon d’une population d’objets célestes qu’ils vont pouvoir étudier, non seulement en nombre mais aussi de manière qualitative. À ce titre, les indices de non-alignement des axes de rotation des deux derniers trous noirs constitue une première découverte qui va permettre aux astrophysiciens de mieux comprendre l’origine et l’évolution de ces systèmes binaires.

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