La lumière d’une fusion de deux trous noirs aurait été détectée pour la première fois

Pour la première fois, des scientifiques auraient détecté ce qui semble être une lumière produite par la collision de deux trous noirs. Ils ont rapporté cette détection dans la revue Physical Review Letters, le 25 juin 2020.

Les auteurs présentent « la première contrepartie électromagnétique optique plausible à une fusion (candidate) d’un trou noir binaire ». Lorsque deux trous noirs sont en orbite l’un autour de l’autre et finissent par fusionner, cette rencontre émet ce que l’on appelle des ondes gravitationnelles (une onde qui déforme l’espace-temps). Prédites par Albert Einstein, ces ondes ont été détectées pour la première fois en 2015. Détecter de la lumière lors d’une fusion de trous noirs semble bien plus inhabituel, car ces objets célestes sont connus pour ne laisser échapper aucun rayonnement.

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Qu’est-ce qu’un trou noir ?

Deux trous noirs, dans le disque d'accrétion d'un trou noir supermassif.

Source : Caltech/R. Hurt (IPAC)

Deux trous noirs en orbite autour d’un troisième ?

Dans quelles conditions une collision de trous noirs pourrait-elle émettre de la lumière ? Les scientifiques pensent que serait possible dans le cas où les deux trous noirs se trouveraient dans le disque d’accrétion d’un autre trou noir bien plus imposant. On pense que la plupart des galaxies hébergent en leur centre un trou noir supermassif. De plus petits trous noirs peuvent évoluer dans le disque de matière qui entoure ce géant, où ils peuvent fusionner. Le nouveau trou noir ainsi formé est envoyé dans une direction aléatoire, traversant le gaz logé dans le disque. C’est cette accélération du trou noir dans le disque de gaz qui serait à l’origine de la lumière observée.

L’événement étudié par les scientifiques est nommé « S190521g ». Il a été observé le 21 mai 2019 par les détecteurs LIGO (« Observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser », avec deux détecteurs situés dans l’État de Washington et en Louisiane) et le détecteur VIRGO (installé en Italie). L’événement, à l’origine d’ondes gravitationnelles, a été considéré comme une fusion de trous noirs avec 97 % de certitude.

Peu de temps après, les scientifiques qui travaillent sur le Zwicky Transient Facility, un relevé astronomique réalisé depuis l’observatoire Paloamar (Californie) ont découvert, dans leurs enregistrements de l’événement S190521g, une sorte de lumière parasite venant des trous noirs entrés en collision.

Dans l’attente d’un futur signal

Les chercheurs proposent un scénario dans lequel la fusion de deux trous noirs peut s’accompagner d’une émission de lumière, même s’ils ne peuvent pas affirmer avec certitude que c’est bien S190521g qui est à l’origine de la détection réalisée dans le cadre du Zwicky Transient Facility. « L’éruption s’est produite à la bonne échelle de temps et au bon endroit pour coïncider avec l’événement d’onde gravitationnelle. Dans notre étude, nous concluons que l’éruption est probablement le résultat d’une fusion de trous noirs, mais nous ne pouvons pas exclure complètement d’autres possibilités », résume l’astronome Matthew Graham du California Institute of Technology, cité dans un communiqué.

D’après les scientifiques, le trou noir nouvellement créé devrait être de nouveau la source de lumière dans plusieurs années, lorsqu’il repassera à travers le disque du trou noir supermassif. Le signal devrait à nouveau être observable par le Zwicky Transient Facility : l’occasion sera alors idéale pour espérer en apprendre davantage sur l’origine de ces trous noirs.