Deux trous noirs supermassifs peuvent-ils fusionner ? On pourrait bientôt le savoir

Les trous noirs supermassifs peuvent-ils fusionner ? Les scientifiques pourraient peut-être enfin répondre à cette question grâce à une nouvelle découverte. Deux énormes trous noirs qui semblent sur le point d’entrer en collision ont été repérés dans l’espace, rapporte une équipe de chercheurs dans la revue The Astrophysical Journal Letters le 10 juillet 2019. Leur étude est accessible en entier sur la plateforme arXiv.org.

Si ces 2 géants entrent en collision, ils pourraient former un « trou noir des centaines de fois plus grand que celui situé au centre de notre propre galaxie », explique Kris Pardo, doctorant en astrophysique à l’université de Princeton et co-auteur de l’étude, dans un communiqué. Ces trous noirs ont une masse équivalente à plus de 800 millions de fois celle de notre Soleil. À titre de comparaison, Sagittarius A*, le trou noir qui se trouve très probablement au cœur de la Voie lactée, fait environ 4 millions de masses solaires.

Le duo de trous noirs au cœur de cette galaxie.

Source : A.D. Goulding et al./Astrophysical Journal Letters 2019

Ces deux objets célestes sont au milieu d’une galaxie située à 2,5 milliards d’années-lumières de la Terre. Cela signifie que, lorsque l’on regarde dans leur direction, on observe dans le passé de l’univers — un univers 2,5 milliards d’années plus jeune que le nôtre. C’est également la durée que les chercheurs estiment qu’il faut à ces trous noirs pour émettre des ondes gravitationnelles très puissantes. Ils en produisent actuellement, mais il faudrait des milliards d’années pour qu’elles arrivent jusqu’à nous.

Malgré tout, la détection de ces trous noirs est une information importante : elle pourrait aider à résoudre une énigme fondamentale sur les duos de trous noirs. À l’heure actuelle, la communauté scientifique soupçonne que toutes les grandes galaxies abritent un trou noir supermassif en leur centre. Lorsque ces immenses galaxies entrent en collision, les scientifiques présument donc que leurs trous noirs se rencontrent et se mettent en orbite l’un autour de l’autre, de plus en plus proches.

La fusion des trous noirs et le problème du parsec final

Cependant, on ignore encore si ces paires de trous noirs supermassifs finissent par fusionner ou s’ils se rapprochent sans jamais se mélanger. Une théorie présume que les trous noirs stagneraient lorsqu’ils se trouvent à environ 1 parsec, soit 3,2 années-lumières de distance : on appelle ce ralentissement le « problème du parsec final ». Tenter d’observer des binômes de trous noirs bloqués dans cette situation n’est pas possible : ils sont beaucoup trop rapprochés pour que l’on puisse voir qu’il s’agit de 2 objets différents. Les deux nouveaux trous noirs détectés se trouvaient, eux, à 430 parsecs de distance il y a 2,5 milliards d’années.

Deux trous noirs sur le point de fusionner.

Source : Wikimedia/CC/NASA

Ce qui est certain, c’est que les ondes gravitationnelles provoquées par des paires de trous noirs supermassifs sont « les plus fortes de l’univers », explique Chiara Mingarelli, astrophysicienne spécialiste de ces ondes, chercheuse au Flariton Institute de New York et co-autrice de l’étude. Si le problème du parsec final est résolu, on pourrait très bien imaginer que de nombreuses paires de trous noirs soient actuellement en train de fusionner dans l’univers. Le bruit émis par ces processus serait un « fond d’ondes gravitationnelles ». Et si deux trous noirs supermassifs fusionnent, une onde particulièrement puissante serait émise.

Une fusion pourrait être détectée d’ici 5 ans

Ces deux trous noirs ont été détectés à l’aide du télescope spatial Hubble. L’instrument ne permet pas de voir les trous noirs (ce sont des objets optiquement invisibles en astronomie), mais il a servi à découvrir les étoiles lumineuses et le gaz attirés par le centre de la galaxie. Les chercheurs on aussi vu que ce noyau projetait du gaz et en ont déduit qu’une paire de trous noirs supermassifs se trouvait dans ce centre.

Grâce à cette observation d’une paire de trous noirs supermassifs, les scientifiques peuvent mieux estimer combien de fusions de ces énormes trous noirs pourraient être potentiellement détectées dans le voisinage de la Terre. Dans le meilleur des cas, jusqu’à 112 trous noirs supermassifs émettraient des ondes gravitationnelles. D’ici 5 ans, les scientifiques pensent que nous pourrions observer un fond d’onde gravitationnelle, provoqué par la fusion de deux trous noirs supermassifs. Si ce n’est pas le cas, cela pourrait prouver que le problème du parsec final n’a pas de solution. En attendant, les scientifiques devraient continuer de chercher d’autres exemples de ces gigantesques trous noirs binaires.