Une analyse récente indique que certains objets détectés par leurs ondes gravitationnelles proviennent déjà d’une collision antérieure. Ces trous noirs « de seconde génération » pourraient ensuite former de nouveaux couples avec d'autres trous noirs et fusionner à leur tour.
L’étude s’appuie sur 259 fusions de trous noirs recensées dans le catalogue GWTC-5 des collaborations LIGO, Virgo et KAGRA. Ces observatoires ne voient pas directement les astres. Ils mesurent les faibles déformations de l’espace-temps produites lorsque deux objets très massifs tournent l’un autour de l’autre, puis fusionnent.
Lorsque deux trous noirs entrent en collision et fusionnent, ils libèrent des ondes gravitationnelles. Ces ondes sont détectées par les observatoires LIGO-Virgo-KAGRA sur Terre, permettant aux scientifiques de déterminer la masse et la rotation des trous noirs.
Crédit: Maggie Chiang pour Simons Foundation
Les chercheurs ont séparé cette population en deux groupes statistiques. Le premier rassemble surtout des trous noirs de masse modérée et de rotation faible. Le second comprend des objets plus lourds, dont la rotation est généralement plus rapide. Cette différence pourrait garder la trace de leur histoire.
Quand deux trous noirs fusionnent, l’objet final conserve une grande partie de leur masse et reçoit une rotation importante. S’il reste dans un environnement dense, comme un amas d’étoiles, il peut rencontrer un autre trou noir. Une nouvelle paire se forme alors, avant une autre fusion éventuelle.
Selon les auteurs, la distribution des masses des trous noirs à rotation rapide ressemble à celle que l’on obtient en calculant les masses des produits de fusions du premier groupe. Les pics observés dans les deux distributions coïncideraient. Cette correspondance est présentée comme un indice en faveur de ces fusions successives.
Cette interprétation aiderait aussi à comprendre certains trous noirs situés dans une gamme de masses difficile à produire directement par l’effondrement d’une étoile massive. Elle n’exclut pas totalement d’autres mécanismes : l’accrétion de matière peut également augmenter la masse et la rotation d’un trou noir.
Le résultat reste toutefois à considérer avec prudence. L’article est une prépublication et n’a pas encore été évalué par des pairs. De futures détections, ainsi que des analyses indépendantes, devront confirmer la part réelle de ces fusions hiérarchiques dans la population des trous noirs observés.