Un « géant invisible » découvert caché derrière un double trou noir

DNVN - Les ondes gravitationnelles de l'événement GW190814 ont révélé des traces de l'existence d'un trou noir supermassif caché à proximité, ouvrant une nouvelle perspective sur la formation des trous noirs binaires.

Fusion de trous noirs binaires à proximité d'un trou noir supermassif. Source : SHAO

Les trous noirs binaires comptent déjà parmi les phénomènes les plus mystérieux de l'univers, mais des scientifiques de l'Observatoire astronomique de Shanghai (SHAO) de l'Académie chinoise des sciences ont récemment découvert des preuves qu'ils pourraient ne pas être isolés. Certains systèmes de trous noirs binaires sont probablement dominés par un mystérieux « compagnon géant » à proximité.

Une équipe de recherche dirigée par le Dr Wenbiao Han du SHAO a rapporté des signes indiquant que l'événement de fusion de trous noirs binaires GW190814 s'est probablement produit sous l'influence gravitationnelle d'un troisième objet - peut-être un trou noir supermassif lui-même.

Les résultats de la recherche, publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters, fournissent des indices importants pour déchiffrer l’origine des trous noirs binaires.

Onde gravitationnelle détectée par la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA. Source : SHAO

Depuis 2015, la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA a détecté plus de 100 événements d'ondes gravitationnelles, principalement issus de la fusion de trous noirs binaires. Bien qu'ils aient contribué à la compréhension de l'astrophysique, leurs mécanismes de formation et d'évolution restent encore incomplètement élucidés.

L'équipe du Dr Han avait précédemment proposé le modèle « b-EMRI », qui décrit un scénario dans lequel un trou noir supermassif « capture » ​​un trou noir binaire, formant ainsi un système à trois niveaux. Dans cette structure, la paire de trous noirs binaires gravite autour du trou noir supermassif et émet des ondes gravitationnelles sur plusieurs bandes de fréquences. Ce modèle a été inclus dans un livre blanc de LISA et identifié comme un objectif de recherche important pour les observatoires spatiaux chinois d'ondes gravitationnelles. Depuis, les scientifiques recherchent des signes de fusion de trous noirs binaires à proximité du trou noir supermassif dans les données LIGO-Virgo.

En analysant les données de GW190814, les chercheurs ont constaté que le rapport de masse des deux trous noirs en fusion était proche de 10:1. Selon le Dr Shucheng Yang, co-auteur de l'étude, ce déséquilibre suggère probablement que les deux trous noirs faisaient autrefois partie d'un système triple, le trou noir supermassif les attirant l'un vers l'autre par des interactions gravitationnelles. Une autre hypothèse est qu'ils se seraient formés dans le disque d'accrétion d'un noyau galactique actif, où la gravité d'objets denses aurait provoqué la fusion.

Les scientifiques pensent que si le trou noir binaire fusionne à proximité d'un troisième objet dense, son orbite autour de cet objet créera une accélération dans la ligne de visée, c'est-à-dire une accélération le long de la ligne de visée de l'observateur. Cette accélération modifie la fréquence des ondes gravitationnelles par effet Doppler, laissant une « empreinte » dans le signal.

Estimations des paramètres de GW190814, incluant les masses des deux trous noirs (*m*~1~ et *m*~2~), la séparation de luminosité (*d*~L~), l'accélération en ligne de visée (*a*) et l'indice de puissance (*n*~I~). Les lignes pointillées indiquent les valeurs médianes et les intervalles de confiance à 90 %. Les courbes de niveau indiquent les intervalles de confiance à 50 % et 90 %. Source : SHAO

Pour déterminer cela, l'équipe a développé un modèle d'ondes gravitationnelles intégrant l'accélération en ligne de visée et appliqué une analyse bayésienne à plusieurs événements présentant des signaux forts. Les résultats ont montré que pour GW190814, le modèle d'accélération en ligne de visée surpassait l'hypothèse du trou noir binaire isolé.

Cette accélération est estimée à environ 0,002 c/s-1 (niveau de confiance de 90 %, où c est la vitesse de la lumière), ce qui donne un facteur de Bayes de 58:1 - une preuve solide de l'existence d'une accélération en ligne de visée.

« Il s'agit de la première preuve internationale de la présence d'un troisième objet dense dans la fusion d'un trou noir binaire », a déclaré le Dr Han. « Cette découverte indique que le trou noir binaire de GW190814 pourrait faire partie d'un système complexe, plutôt que de se former indépendamment, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives sur le mécanisme de formation des trous noirs binaires. »

À l'avenir, lorsque de nouvelles générations de détecteurs d'ondes gravitationnelles, comme le télescope Einstein, Cosmic Explorer ou les sondes spatiales LISA, Taiji et TianQin, seront opérationnelles, les scientifiques espèrent pouvoir détecter de faibles variations de signaux avec une grande précision. Cela permettra de décoder davantage d'événements comme GW190814, et de mieux comprendre la formation et l'évolution des trous noirs binaires.

La Khe (selon SciTech Daily)

Source: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-nguoi-khong-lo-vo-hinh-an-minh-sau-ho-den-doi/20250901102834250