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Deux trous noirs se sont rencontrés par hasard et ont créé quelque chose de jamais vu auparavant : ScienceAlert

Les ondulations dans l’espace-temps générées par la collision trous noirs nous ont beaucoup appris sur ces objets énigmatiques.

thèse ondes gravitationnelles codent des informations sur les trous noirs : leurs masses, la forme de leur spirale interne l’un vers l’autre, leurs spins et leurs orientations.

À partir de là, les scientifiques ont établi que la plupart des collisions nous avons vu ont été entre les trous noirs dans les systèmes binaires. Les deux trous noirs ont commencé comme un binaire d’étoiles massives qui se sont transformées en trous noirs ensemble, puis se sont transformées en spirale et ont fusionné.

Sur les quelque 90 fusions détectées à ce jour, cependant, on se distingue comme très particulier. Détecté en mai 2019, GW19052 a émis des ondulations spatio-temporelles comme aucune autre.

“Sa morphologie et sa structure en forme d’explosion sont très différentes des observations précédentes”, déclare l’astrophysicienne Rossella Gamba de l’Université d’Iéna en Allemagne.

Elle ajoute“GW190521 a été initialement analysé comme la fusion de deux trous noirs lourds en rotation rapide se rapprochant le long d’orbites presque circulaires, mais ses particularités nous ont amenés à proposer d’autres interprétations possibles.”

En particulier, le courte durée de la onde gravitationnelle signal était difficile à expliquer.

Les ondes gravitationnelles sont générées par fusion réelle de deux trous noirs, comme les ondulations d’un rocher tombé dans un étang. Mais ils sont également générés par la spirale binaire, et l’interaction gravitationnelle intense envoie des ondulations plus faibles lorsque deux trous noirs se rapprochent inexorablement.

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“La forme et la brièveté – moins d’un dixième de seconde – du signal associé à l’événement nous conduisent à émettre l’hypothèse d’une fusion instantanée entre deux trous noirs, qui s’est produite en l’absence d’une phase en spirale”, explique l’astronome Alessandro Nagar de l’Institut national de physique nucléaire en Italie.

Il y a plus d’une façon de se retrouver avec une paire de trous noirs en interaction gravitationnelle.

La première est que les deux étaient ensemble depuis longtemps, peut-être même depuis la formation de bébés étoiles à partir du même morceau de nuage moléculaire dans l’espace.

L’autre est lorsque deux objets se déplaçant dans l’espace se croisent suffisamment près pour se coincer gravitationnellement dans ce que l’on appelle une rencontre dynamique.

C’est ce que Gamba et ses collègues pensaient avoir pu se produire avec GW190521, ils ont donc conçu des simulations pour tester leur hypothèse. Ils ont brisé ensemble des paires de trous noirs, ajustant des paramètres tels que la trajectoire, le spin et la masse, pour essayer de reproduire l’étrange onde gravitationnelle signal détecté en 2019.

Leurs résultats suggèrent que les deux trous noirs n’ont pas commencé en binaire, mais ont été pris dans la toile gravitationnelle de l’autre, se croisant deux fois sur une boucle sauvage et excentrique avant de se claquer ensemble pour former un plus grand. trou noir. Et aucun des trous noirs de ce scénario ne tournait.

“En développant des modèles précis utilisant une combinaison de méthodes analytiques de pointe et de simulations numériques, nous avons constaté qu’une fusion très excentrique dans ce cas explique mieux l’observation que toute autre hypothèse précédemment avancée”, dit l’astronome Matteo Breschi de l’Université d’Iéna.

“La probabilité d’erreur est de 1:4 300 !”

Selon l’équipe, ce scénario est plus probable dans une région de l’espace densément peuplée, comme un amas d’étoiles, où de telles interactions gravitationnelles sont plus probables.

Cela suit les découvertes précédentes sur GW190521. L’un des trous noirs de la fusion était mesuré à environ 85 fois la masse du Soleil.

Selon nos modèles actuels, les trous noirs de plus de 65 masses solaires ne peuvent pas se former à partir d’une seule étoile ; la seule façon dont nous connaissons un trou noir de cette masse peut se former par le biais de fusions entre deux objets de masse inférieure.

Les travaux de Gamba et de ses collègues ont révélé que les masses des deux trous noirs dans la collision se situent autour de 81 et 52 masses solaires ; c’est légèrement inférieur aux estimations précédentes, mais l’un des trous noirs est toujours en dehors de la voie de formation de l’effondrement du noyau d’une seule étoile.

On ne sait toujours pas si nos modèles ont besoin d’être peaufinés, mais les fusions hiérarchiques – par lesquelles de plus grandes structures se forment par la fusion continue d’objets plus petits – sont plus probable dans un environnement de cluster avec une grande population d’objets denses.

Les rencontres dynamiques entre trous noirs sont considérées comme assez rares, et les onde gravitationnelle les données recueillies par LIGO et Virgo à ce jour semblent le confirmer. Cependant, rare ne signifie pas impossible, et les nouveaux travaux suggèrent que GW190521 pourrait être le premier que nous ayons détecté.

Et une première signifie qu’il pourrait y en avoir d’autres dans les années à venir. la onde gravitationnelle observatoires sont actuellement mis à niveau et entretenus, mais seront à nouveau en ligne dans Mars 2023 pour une nouvelle campagne d’observation. Cette fois, les deux détecteurs de LIGO aux États-Unis et le détecteur Virgo en Italie seront rejoints par KAGRA au Japon pour encore plus de puissance d’observation.

Plus de détections comme GW190521 seraient incroyables.

La recherche a été publiée dans Astronomie naturelle.

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