Cette observation est-elle une fusion d'étoiles de matière noire ?

Les ondes gravitationnelles, ces fluctuations du tissu de l'espace-temps se propageant à la vitesse de la lumière, demeurent l'une des découvertes les plus fascinantes de la physique moderne. Elles résultent de phénomènes cosmiques extrêmement violents, comme la fusion de trous noirs, les supernovae, ou même le Big Bang lui-même. Depuis leur première détection en 2015, les détecteurs Advanced LIGO et Virgo ont identifié environ une centaine de ces ondes, offrant un nouveau regard sur la population des trous noirs dans notre Univers, la gravité dans ses configurations les plus extrêmes et la formation d'éléments comme l'or ou le platine lors de la fusion d'étoiles à neutrons.


Ces détecteurs, d'une précision inégalée, mesurent les infimes variations de l'espace-temps engendrées par ces ondes. Pour déterminer la source des ondes gravitationnelles, les données des détecteurs sont comparées à des modèles théoriques, un peu à la manière d'une l'application identifiant une musique. Ces modèles sont souvent élaborés à l'aide de simulations numériques extrêmement précises effectuées sur des supercalculateurs. Cependant, ces simulations ne produisent pas directement la quantité lue par les détecteurs, appelée "déformation", mais plutôt sa dérivée seconde, le scalaire de Newman-Penrose, nécessitant des intégrations complexes.

Dans un travail récent publié dans le journal Physical Review X, une équipe dirigée par le Dr. Juan Calderón Bustillo de l'Institut Galicien de Physique des Hautes Énergies (Espagne) et le Dr. Isaac Wong de l'Université Chinoise de Hong Kong, propose une approche innovante. Plutôt que d'intégrer leurs simulations, ils suggèrent de dériver les données des détecteurs, laissant leurs simulations inchangées.

Cette méthode, en apparence simple, offre des avantages significatifs. Elle simplifie la création de modèles comparables aux données LIGO-Virgo et permet de le faire de manière fiable pour toute source que les supercalculateurs peuvent simuler. L'équipe s'intéresse particulièrement aux étoiles à bosons, objets exotiques se comportant comme des trous noirs mais sans horizon des événements ni singularité.


Une application récente de leur technique, publiée dans Physical Review D, compare des événements d'ondes gravitationnelles observés par LIGO et Virgo à un large catalogue de simulations de fusions d'étoiles à bosons. Ces objets pourraient représenter une partie de ce que l'on appelle la matière noire. Leur étude révèle que l'événement mystérieux GW190521 est cohérent avec une fusion d'étoiles à bosons.

Cette découverte souligne l'importance des étoiles à bosons dans l'avenir de l'astronomie des ondes gravitationnelles et démontre la puissance de cette nouvelle méthode pour explorer et comprendre l'Univers.