Quelle est la vitesse d’expansion de l’Univers ? La découverte de cette « ancienne civilisation » cosmique serait la clé de cette énigme

Les trous noirs sont auréolés de mystère, notamment en ce qui concerne leur fusion. Mais un changement de paradigme fondé sur les ondes gravitationnelles vient bouleverser notre compréhension et pourrait même nous aider à répondre à l’une des questions clés de la physique moderne.

Il fut un temps où l’astronomie se résumait à l’observation, à l’œil nu, du ciel. Nous en sommes aujourd’hui bien loin. Ce n’est, par ailleurs, plus simplement une question de « vue » aujourd’hui : « l’ouïe » est désormais un sens qui a toute sa place dans l’observation de l’espace et des phénomènes qui y prennent place.

Comment ? Grâce aux instruments capables « d’écouter » les ondes gravitationnelles – celles de l’espace-temps – comme LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), Virgo et KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector).

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Et cette nouvelle démarche porte notamment ses fruits quant à l’un des phénomènes les plus extrêmes et les plus énigmatiques de l’Univers : les trous noirs. L’analyse des ondes gravitationnelles qu’ils émettent vient défier notre compréhension : elle révèle, selon Daniel Williams, chercheur à l'Institut de recherche gravitationnelle, « l'équivalent astronomique de la découverte d'une civilisation ancienne ».

Les ondes gravitationnelles : qu’est-ce que c’est ?

Les ondes gravitationnelles ont été théorisées en 1915 par Einstein dans le cadre de sa théorie de la relativité générale. Grosso modo : la masse des objets déforme l’espace-temps et plus elle est grande, plus la courbure est prononcée et l’influence gravitationnelle est forte. Mais contrairement à ce que pressentait le célèbre scientifique, l’Humanité est parvenue à détecter ces ondes gravitationnelles – il aura toutefois fallu attendre un siècle.

Et elles ont permis de découvrir à ce jour 390 cataclysmes cosmiques – ou collisions de trous noirs – recensés par les astronomes dans le Gravitational Wave Transient Catalogue-5.0 (GWTC-5) publié le 26 mai 2026. Grâce à la sensibilité exacerbée des instruments, ce sont 161 cataclysmes cosmiques qui ont été détectés entre avril 2024 et janvier 2025.

Le GWTC-5 n’est pas un simple catalogue de signaux d’ondes gravitationnelles

La richesse de cette base de données permet enfin d’étudier les collisions de trous noirs non plus comme des cas isolés mais comme une véritable population – d’où l’analogie à la découverte d’une « civilisation ancienne ». Le GWTC-5 n’est, en effet, pas un simple catalogue de ces phénomènes extrêmes.

Il recense la fusion à la localisation la plus précise jamais détectée, mais également des « fusions de deuxième génération » – c’est-à-dire des fusions de trous noirs étant déjà eux-mêmes issus d’une fusion de trous noirs. Parmi les signaux qui en témoignent figurent GW241011 et GW241110 – il s’agit là de la symphonie de la naissance de deux trous noirs et cette découverte a bouleversé jusqu’à notre compréhension des lois de la physique fondamentale.

Les ondes gravitationnelles redéfinissent notre compréhension des trous noirs et de l’Univers

Mais ces découvertes ont plusieurs implications clés. D’abord, les fusions de deuxième génération sont la preuve que les étoiles binaires massives ne sont pas la seule source de fusions de trous noirs. Aussi, elles pourraient être la clé pour comprendre les fusions en chaîne qui permettent aux trous noirs qui en résultent d’atteindre des masses équivalentes à des millions, voire des milliards, de masses solaires.

Par exemple, le signal GW250114 détecté en janvier 2025 a particulièrement retenu l’attention des astronomes. Il résulte de la collision de deux trous noirs de 32 et 34 masses solaires à près d’un milliard d’années-lumière de distance.

Il était si clair qu’il a montré que la surface d’un trou noir né de la fusion de deux trous noirs est toujours plus grande que la somme des surfaces de ses parents. Ainsi, c’est le théorème de l’aire des trous noirs de Stephen Hawking qui se trouve validé et cela prouve que les lois de la thermodynamique s’appliquent même aux trous noirs.

Répondre à la question la plus importante de la physique moderne grâce aux ondes gravitationnelles

La deuxième implication de la mise à jour majeure du GWTC-5 est l’espoir d’enfin répondre à une des questions cosmologiques existentielles de la physique moderne : « Quelle est la vitesse d’expansion de l’Univers ? » Comment ? Grâce au signal d’onde gravitationnelle le plus précisément localisé à ce jour – à savoir GW240615.

Il est le résultat de la fusion de deux trous noirs (de 26 et 30 masses solaires à plus de 3 milliards d’années-lumière) et les astronomes sont parvenus à le localiser dans une région céleste d’à peine 6 degrés carrés. Il s’agit d’une découverte majeure puisqu’elle aide à mesurer plus précisément que jamais la constante de Hubble– la valeur décrivant le taux d’expansion de l’Univers.

Les prochaines campagnes d’observation de LIGO, Virgo et KAGRA sont en train d’ouvrir une véritable mine d’or cosmique, dont le contenu risque de redéfinir notre compréhension de l’Univers.

Source : Space.com