Deux bébés trous noirs viennent d’être détectés grâce à leurs pleurs et leur naissance défie tout ce qu’on pensait savoir

Des scientifiques ont entendu deux trous noirs « pleurer » à travers les ondulations de l’espace-temps. Leur découverte pourrait bouleverser nos connaissances, l’un des deux nouveau-nés étant le fruit d’un phénomène jusque-là jamais observé.

Les trous noirs figurent parmi les mystères les plus fascinants de l’Univers. L’histoire de leur formation et de leur évolution est peut-être leur secret le mieux gardé, les scientifiques ne cessant de débattre à propos de cette question fondamentale. Une nouvelle théorie vertigineuse, avancée par l’astrophysicien Jonathan Tan de l’Université de Virginie aux États-Unis, tente par ailleurs d’y répondre.

Une nouvelle découverte pourrait apporter une nouvelle pièce à ce puzzle. Des chercheurs ont perçu la symphonie de deux trous noirs nouveau-nés : ils sont nés de l’entrée en collision, puis de la fusion, de leurs deux parents trous noirs. Surtout, l’un de ces violents événements cosmiques à l’origine de la naissance d’un des deux nouveau-nés est le premier de ce genre jamais observé, ce qui pourrait défier nos connaissances en physique fondamentale.

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Des événements cosmiques extrêmes et inédits

La collision de deux trous noirs est un événement cosmique si violent qu’il produit des ondes gravitationnelles. Ces ondulations de l’espace-temps, captées par les détecteurs d’ondes gravitationnelles LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), Virgo et KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector), ont permis aux scientifiques de détecter ces deux « bébés » trous noirs.

Baptisée GW241011, la première fusion a été détectée le 11 octobre 2024 par la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA. Elle est le fruit de la collision de deux trous noirs de 17 et 7 masses solaires survenue à près de 700 millions d’années-lumière de la planète bleue. Les signaux enregistrés par LIGO-Virgo-KAGRA ont révélé les masses des trous noirs « parents » et que le plus massif des deux est l’un des trous noirs en rotation la plus rapide jamais observés.

La seconde fusion, baptisée GW241110, a été détectée le 11 novembre 2024. Elle fait suite à la collision de deux trous noirs de 16 et 8 fois la masse du Soleil, qui s’est déroulée à 2,4 milliards d’années-lumière de la Terre. Pour la première fois dans l’histoire de l’observation de trous noirs binaires en fusion, l’un des trous noirs tournait autour de l’autre dans la direction opposée à son orbite.

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Des trous noirs de seconde génération qui défient notre compréhension des lois de la physique fondamentale

Au-delà de permettre aux scientifiques de mieux comprendre comment les systèmes binaires de trous noirs peuvent se former, ces découvertes font de GW241011 et GW241110 de véritables laboratoires pour tester les lois fondamentales de la physique.

Premièrement, les observations laissent penser aux chercheurs que ces bébés trous noirs sont des trous noirs de seconde génération : ils seraient nés de trous noirs eux-mêmes issus de la fusion d’autres trous noirs plus anciens. Leur taille, leur rotation et leur comportement suggèrent un phénomène de croissance en chaîne, appelé fusion hiérarchique et se produisant dans des zones très denses de l’Univers.

GW241011 a aussi permis de tester les limites de la théorie d’Einstein à l’origine même du concept de trou noir et d’ondes gravitationnelles : celle de la relativité générale dans des conditions extrêmes. Les analyses révèlent que ses trous noirs sont conformes à la solution de Kerr, basée sur la théorie d’Einstein. Enfin, pour la troisième fois, les chercheurs ont pu confirmer l’existence d’une sorte d’« harmonique musicale » de l’espace-temps.

L’intérêt de cette étude, dont les résultats ont été publiés dans l’Astrophysical Journal Letters le 28 octobre dernier, ne se cantonne pas à la confirmation de la théorie de la relativité générale : elle pourrait ouvrir la voie à de nouvelles recherches permettant de révéler de nouvelles lois de la physique fondamentale jamais observées. Selon nos confrères de Space.com, ces découvertes pourraient également éclairer le domaine de la physique des particules. Quoi qu’il en soit, cette étude encourage les scientifiques à perfectionner sans cesse leurs instruments et à les faire fonctionner en complémentarité.