Fusion de deux trous noirs, les ondes gravitationnelles peuvent révéler la forme de l’objet résultant

Selon les chercheurs, lorsque deux trous noirs de tailles différentes fusionnent, le trou noir qui en résulte semble avoir une sorte de « cuspide » (crédit : Christopher Evans (Georgia Tech), Juan Calderón Bustillo (IGFAE, USC))

Une nouvelle étude qui donne confiance dans le fait que les ondes gravitationnelles résultant de la fusion de deux trous noirs peuvent également fournir des informations importantes sur la forme du trou noir résultant a été publiée dans Physique des communications.
Selon les chercheurs, dirigés par le professeur Juan Calderón Bustillo du Centre d’excellence ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav), même si les trous noirs ne produisent pas de lumière, même lors d’une éventuelle collision, les ondes gravitationnelles qu’ils créent au moment de la fusion, véritables ondulations du tissu de l’espace-temps, codent d’une certaine manière la forme finale de l’objet résultant (en gros un trou noir plus massif).

Simulations complexes de collisions de trous noirs

Les chercheurs sont parvenus à cette conclusion en effectuant des simulations complexes de collisions de trous noirs à l’aide de superordinateurs et en comparant l’évolution finale du trou noir résiduel par rapport aux ondes gravitationnelles émises au moment de la fusion.
Les chercheurs ont découvert que ces signaux, ceux des ondes gravitationnelles, « sont beaucoup plus riches et plus complexes qu’on ne le pense généralement », comme l’explique Christopher Evans, de l’Institut de technologie de Géorgie, étudiant de troisième cycle et l’un des auteurs de l’étude.

La théorie la plus acceptée sur les ondes gravitationnelles émises par deux infusions de trous noirs

Le professeur Bustillo lui-même explique que lorsque deux trous noirs commencent à se rapprocher, ils le font de plus en plus vite à mesure que la distance entre eux diminue. Après la collision, un trou noir se forme qui, selon la théorie la plus acceptée aujourd’hui concernant les ondes gravitationnelles émises par la fusion de deux trous noirs, émet un signal d’une tonalité constante dans une amplitude décadente, plus ou moins comme le signal émis par la sonate d’une cloche.

Les trous noirs « gazouillent » plus d’une fois pendant la fusion

Cependant, les chercheurs ont découvert que quelque chose de différent se produit si la collision elle-même est observée depuis l' »équateur » du trou noir résultant : « Lorsque nous avons observé les trous noirs depuis leur équateur, nous avons constaté que le trou noir final émet un signal plus complexe, avec une tonalité qui monte et descend une ou deux fois avant de mourir », explique encore Bustillo.
En pratique, le trou noir « pépie » non pas une mais plusieurs fois (les scientifiques appellent à la blague « pépiement » les émissions d’ondes gravitationnelles provenant de la collision des trous noirs).

Émission d’ondes gravitationnelles multiples liées à la forme du trou noir résultant

De plus, ce gazouillis multiple est lié à la forme du trou noir final. Si les deux trous noirs fusionnés ont des tailles différentes, le trou noir qui en résulte prend la forme d’une châtaigne avec une pointe sur un côté et un dos plus large et plus lisse, comme l’explique encore Bustillo.
Ce dernier révèle que le trou noir qui en résulte finit par émettre des ondes gravitationnelles plus fortes à partir de ces zones plus incurvées, c’est-à-dire les régions qui se trouvent sensiblement autour du point de rebroussement. Cela est dû, selon les chercheurs, au fait que le trou noir résultant de la fusion est en phase de rotation et que, par conséquent, la cuspide et la partie située derrière elle s’orientent de manière répétée vers chaque observateur, ce qui produit finalement les multiples pépiements.

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