⚫ Des scientifiques résolvent l'énigme d'une fusion "impossible" de trous noirs "interdits"

La détection d'ondes gravitationnelles en 2023 a révélé un événement cosmique qui semblait chambouler les lois connues de l'astrophysique, laissant les scientifiques perplexes.

Ces ondes, captées par des observatoires terrestres, provenaient de la fusion de deux trous noirs situés à environ sept milliards d'années-lumière, dont les masses et la rotation élevée contredisaient les modèles établis. Selon les théories actuelles, de tels trous noirs, avec des masses de 100 et 140 fois celle du Soleil et tournant presque à la vitesse de la lumière, ne devraient pas se former à partir d'étoiles massives, dont la seule fin connue est une explosion sous la forme d'une "supernova par instabilité de paires" qui dissémine la totalité de la matière de l'astre.


Des chercheurs du Flatiron Institute ont entrepris de résoudre cette énigme en développant des simulations qui retracent l'évolution des étoiles progénitrices, depuis leur formation jusqu'à leur mort en supernova. Ils ont intégré un élément souvent négligé: les champs magnétiques, qui jouent un rôle clé dans la dynamique post-effondrement. Cette approche a permis de modéliser comment la rotation et les forces magnétiques influencent la matière résiduelle autour des trous noirs naissants.

Les simulations ont montré que, dans le cas d'étoiles en rotation rapide, les champs magnétiques peuvent expulser une partie de la matière à des vitesses proches de celle de la lumière, réduisant ainsi la masse finale du trou noir. Ce mécanisme explique pourquoi des trous noirs de masses intermédiaires, auparavant considérés comme interdits, peuvent effectivement se former sans nécessiter de fusions antérieures, qui auraient perturbé leur rotation.

Cette découverte établit un lien entre la masse des trous noirs et leur taux de rotation, en fonction de l'intensité des champs magnétiques. Des champs forts entraînent des trous noirs plus légers et moins rapides, tandis que des champs faibles favorisent des objets plus massifs et tournant plus vite. Cette corrélation ouvre de nouvelles perspectives pour tester les modèles astrophysiques via des observations de sursauts gamma associés à ces formations.

Les travaux, publiés dans The Astrophysical Journal Letters, offrent une explication élégante à un phénomène auparavant inexplicable, en mettant en lumière l'importance des facteurs magnétiques dans l'évolution stellaire. Cette avancée pourrait aider à mieux comprendre la formation des objets compacts dans l'Univers.

Les ondes gravitationnelles

Prédites par la théorie de la relativité générale d'Einstein, les ondes gravitationnelles sont des perturbations de l'espace-temps provoquées par des événements cosmiques violents, tels que les fusions de trous noirs ou d'étoiles à neutrons. Elles se propagent à la vitesse de la lumière et peuvent être détectées grâce à des interféromètres comme LIGO et Virgo, qui mesurent d'infimes variations de distance. Ces observations ont ouvert une nouvelle fenêtre sur l'Univers, permettant d'étudier des phénomènes autrement invisibles, comme les collisions d'objets compacts.

La détection des ondes gravitationnelles a révolutionné l'astronomie en fournissant des preuves directes de l'existence de trous noirs et en confirmant des aspects clés de la physique fondamentale. Ces données aident à affiner notre compréhension de la dynamique des systèmes binaires et des processus extrêmes dans le cosmos.

Les futures missions, comme le détecteur spatial LISA, promettent d'étendre cette capacité à des fréquences plus basses, explorant des événements plus anciens ou plus massifs. Cette progression continue enrichit notre connaissance de l'évolution de l'Univers et des lois qui le régissent, en reliant les observations à des théories plus robustes sur la gravité et la matière.