Les chercheurs qui étudient les conséquences d’une collision gargantuesque avec un trou noir ont peut-être confirmé un phénomène gravitationnel prédit par Albert Einstein il y a un siècle.
Selon nouvelle recherche publiée aujourd’hui (s’ouvre dans un nouvel onglet) (12 octobre) dans la revue Nature, le phénomène – connu sous le nom de précession et similaire au mouvement d’oscillation parfois observé dans une toupie – s’est produit lorsque deux anciens trous noirs se sont écrasés ensemble et ont fusionné en un seul. Au fur et à mesure que les deux objets massifs se rapprochaient, ils ont libéré d’énormes ondulations à travers le tissu de l’espace-temps connu sous le nom d’ondes gravitationnelles, qui ont surgi à travers le cosmos, transportant l’énergie et le moment angulaire loin des trous noirs fusionnés.
Les scientifiques ont détecté pour la première fois ces ondes émanant des trous noirs en 2020, en utilisant le Interféromètre laser Observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) aux États-Unis et les capteurs d’ondes gravitationnelles Virgo en Italie. Maintenant, après des années d’étude des modèles d’ondes, les chercheurs ont confirmé que l’un des trous noirs tournait follement, à un degré jamais vu auparavant.
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Le trou noir en rotation se tordait et tournait 10 milliards de fois plus vite que n’importe quel trou noir observé précédemment, ce qui déformait tellement l’espace et le temps qu’il faisait osciller les deux trous noirs – ou précesser – sur leurs orbites.
Les chercheurs ont observé la précession dans tout, des têtes de fuseaux aux systèmes stellaires mourantsmais jamais dans des objets aussi énormes que les systèmes de trous noirs binaires, dans lesquels les deux aspirateurs cosmiques orbitent autour d’un centre commun. Cependant, Einstein théorie de la relativité générale ont prédit il y a plus de 100 ans que la précession devrait se produire dans des objets aussi gros que des trous noirs binaires. Maintenant, disent les auteurs de l’étude, ce phénomène rare a été observé dans la nature pour la première fois.
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“Nous avons toujours pensé que les trous noirs binaires pouvaient faire cela”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Mark Hannam, directeur du Gravity Exploration Institute de l’Université de Cardiff au Royaume-Uni. déclaration (s’ouvre dans un nouvel onglet). “Nous espérions repérer un exemple depuis les premières détections d’ondes gravitationnelles. Nous avons dû attendre cinq ans et plus de 80 détections distinctes, mais finalement nous en avons une !”
Les trous noirs en question étaient plusieurs fois plus massifs que le soleilavec le plus grand des deux estimé à environ 40 masses solaires. Les chercheurs ont eu vent de la paire binaire pour la première fois en 2020, lorsque LIGO et Virgo ont détecté une explosion d’ondes gravitationnelles libérées par la supposée collision des deux trous noirs. L’équipe a surnommé cette collision GW200129, pour la date de sa découverte (29 janvier 2020).
Depuis lors, d’autres scientifiques se sont penchés sur ces données initiales d’ondes gravitationnelles, découvrant des secrets de plus en plus étranges sur cette collision épique. (Bien que parce que les scientifiques n’ont que des ondes gravitationnelles pour continuer et aucune observation directe, ils ne peuvent pas déterminer l’emplacement précis des trous noirs).
Par exemple, en mai 2022, une équipe de chercheurs a calculé que la fusion entre les deux trous noirs était à la fois massif et déséquilibréavec des ondes gravitationnelles sortant de la collision dans une direction tandis que le trou noir nouvellement fusionné a probablement été “expulsé” de sa galaxie d’origine à plus de 3 millions de mph (4,8 millions de km/h) dans la direction opposée.
Cette nouvelle recherche dans Nature suggère que les deux trous noirs avaient une relation chaotique avant leur fusion violente. Alors que les deux objets gargantuesques se tiraient l’un sur l’autre sur une orbite de plus en plus proche, ils ont commencé à vaciller comme des toupies éméchées, se précipitant plusieurs fois par seconde. Selon les auteurs de l’étude, cet effet de précession est estimé à 10 milliards de fois plus rapide que tout autre jamais mesuré.
Ces découvertes justifient Einstein, qui a prédit que de tels effets étaient possibles dans certains des plus grands objets de l’univers. Mais les résultats soulèvent également la question de savoir si les fusions de trous noirs instables comme celle-ci sont aussi rares qu’on le pensait.
“Le plus grand trou noir de ce binaire, qui était environ 40 fois plus massif que le soleil, tournait presque aussi vite que physiquement possible”, a déclaré le co-auteur de l’étude Charlie Hoy, chercheur à l’Université de Cardiff au moment de l’étude, et maintenant à l’Université de Portsmouth au Royaume-Uni “Nos modèles actuels de formation des binaires suggèrent que celui-ci était extrêmement rare, peut-être un événement sur mille. Ou cela pourrait être un signe que nos modèles doivent changer.”
Publié à l’origine sur Live Science.
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