🔭 Une cartographie des trous noirs supermassifs proches de la fusion

Repérer des trous noirs supermassifs juste avant leur fusion permettrait des avancés en astrophysique notables. Pour y parvenir, une nouvelle approche novatrice combine l'étude du fond d'ondes gravitationnelles, ces infimes vibrations de l'espace-temps, avec l'observation des quasars.

Les quasars sont des noyaux galactiques extrêmement lumineux, alimentés par des trous noirs supermassifs en pleine activité. Lorsque deux de ces géants se rapprochent pour fusionner, ils émettent des ondes gravitationnelles, créant un signal caractéristique que les scientifiques apprennent à décrypter.


En scrutant cent quatorze noyaux galactiques actifs, les scientifiques ont identifié deux systèmes binaires particulièrement prometteurs. Baptisés Gondor et Rohan, en référence au Seigneur des anneaux, ces trous noirs supermassifs offrent un exemple concret de la technique.

La présence de ces ondes gravitationnelles autour d'un quasar signale ainsi la probable existence d'un couple de trous noirs en voie de fusion. Cette découverte permet d'envisager la création d'une carte cosmique recensant ces événements titanesques. Les chercheurs estiment que même un petit catalogue de fusions pourrait grandement améliorer notre compréhension de ces phénomènes.

Les travaux, menés par le projet NANOGrav, ouvrent la voie à une détection systématique des binaires de trous noirs supermassifs. Cette avancée aide également à mieux saisir la physique des galaxies en fusion et la nature fondamentale des ondes gravitationnelles. L'équipe a publié ses résultats dans The Astrophysical Journal Letters.

Les ondes gravitationnelles

Les ondes gravitationnelles sont des perturbations de l'espace-temps, prédites par Albert Einstein il y a plus d'un siècle. Elles se propagent à la vitesse de la lumière et sont générées par des événements violents, comme la fusion de trous noirs ou d'étoiles à neutrons. Leur détection directe, réalisée pour la première fois en 2015, a ouvert une nouvelle fenêtre sur l'Univers.

Ces ondes sont extrêmement ténues: en traversant la Terre, elles modifient les distances de manière infime, de l'ordre du milliardième de milliardième de mètre. Pour les capter, les scientifiques utilisent des instruments très sensibles, comme les interféromètres LIGO et Virgo. Ces détecteurs mesurent les infimes variations de longueur entre des bras perpendiculaires, causées par le passage d'une onde gravitationnelle.

Le fond d'ondes gravitationnelles est un bourdonnement constant produit par la superposition de nombreuses sources lointaines. Il est particulièrement utile pour étudier les trous noirs supermassifs binaires, dont les fusions sont trop lentes pour être détectées individuellement sur de courtes périodes. En analysant ce fond, les astronomes peuvent obtenir des informations statistiques sur la population de ces objets dans l'Univers.

Cette approche complète l'observation traditionnelle par la lumière, permettant d'explorer des phénomènes invisibles autrement. Elle a déjà confirmé des aspects clés de la relativité générale et promet de nombreuses découvertes sur la formation et l'évolution des structures cosmiques.

Les quasars et les trous noirs supermassifs

Les quasars sont les noyaux extrêmement brillants de galaxies lointaines, souvent appelés noyaux galactiques actifs. Leur luminosité prodigieuse provient de l'accrétion de matière autour d'un trou noir supermassif central. Lorsque le gaz et la poussière tombent vers le trou noir, ils forment un disque chaud qui rayonne intensément avant de disparaître derrière l'horizon des événements.

Ces trous noirs supermassifs pèsent généralement entre des millions et des milliards de fois la masse du Soleil. Ils résident au centre de la plupart des grandes galaxies, y compris la nôtre, la Voie lactée. Leur activité influence profondément leur galaxie hôte, régulant la formation stellaire et façonnant la structure galactique par les jets d'énergie qu'ils peuvent émettre.

Quand deux galaxies entrent en collision, leurs trous noirs centraux peuvent finir par former un système binaire. En spiralant l'un autour de l'autre, ils émettent des ondes gravitationnelles et, s'ils sont actifs, apparaissent comme des quasars. Ainsi, observer un quasar peut indiquer la présence d'un trou noir supermassif, et des variations particulières peuvent trahir un couple en interaction.

L'étude des quasars permet donc de tracer la distribution et le comportement des trous noirs supermassifs à travers le cosmos. En les associant aux signaux gravitationnels, les scientifiques obtiennent une image plus complète de ces objets.