Deux fusions de deux trous noirs donnent un nouvel éclairage sur leur formation et leur évolution.

Deux fusions de trous noirs, mesurée à un mois d'intervalle fin 2024 par la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, permet aux chercheurs de mieux comprendre la nature et l'évolution des collisions les plus violentes de l'univers. Les données recueillies lors de ces fusions valident également avec une précision sans précédent les lois fondamentales de la physique prédites par Albert Einstein et font progresser la recherche de nouvelles particules élémentaires encore inconnues, susceptibles d'extraire de l'énergie des trous noirs. L'étude est parue dans The Astrophysical Journal Letters.

LIGO-Virgo-KAGRA est un réseau mondial de détecteurs d'ondes gravitationnelles de pointe et mène actuellement sa quatrième campagne d'observation, O4. Cette campagne a débuté fin mai 2023 et devrait se poursuivre jusqu'à mi-novembre de cette année. À ce jour, environ 300 fusions de trous noirs ont été observées grâce aux ondes gravitationnelles depuis 2015, en comptant les candidats identifiés lors de la campagne O4 en cours. Ces dernières années, les chercheurs et les ingénieurs de LIGO ont apporté des améliorations importantes aux détecteurs, ce qui permet aujourd'hui des mesures précises des formes d'onde de fusion qui permettent le type d'observations subtiles qui étaient nécessaires ici. Une meilleure sensibilité permet non seulement à LIGO de détecter beaucoup plus de signaux, mais aussi de mieux comprendre ce qu'on détecte. 

Dans cet article, la collaboration internationale rapporte la détection de deux événements d'ondes gravitationnelles datant d'octobre et novembre 2024. Les sources de ces deux signaux sont caractérisées par des rotations rapides du trou noir primaire (le plus massif du couple), mesurées avec précision, ainsi que par un désalignement spin-orbite non négligeable et des rapports de masse inégaux entre leurs trous noirs constitutifs. Ces propriétés sont caractéristiques des binaires dont l'objet le plus massif s'est lui-même formé par la fusion d'un précédent système binaire de trous noirs et suggèrent que les sources de GW241011 et GW241110 pourraient s'être formées dans des environnements stellaires denses où des fusions répétées peuvent avoir lieu. En tant que troisième événement d'ondes gravitationnelles le plus bruyant publié à ce jour, avec un rapport signal/bruit médian du réseau de 36,0, GW241011 fournit en outre des contraintes strictes sur la nature Kerr des trous noirs et la structure multipolaire de la génération d'ondes gravitationnelles.

La première fusion décrite dans cet article, GW241011 (11 octobre 2024), s'est produite à environ 700 millions d'années-lumière et résulte de la collision de deux trous noirs dont les masses sont respectivement d'environ 20 et 6 masses solaires. Et ce qui est remarquable, c'est que le plus massif des deux trous noirs à l'origine de GW241011 figure parmi les trous noirs à rotation la plus rapide jamais observés. 

Près d'un mois plus tard, le signal d'ondes gravitationnelles GW241110 (10 novembre 2024) a été détecté à une distance d'environ 2,4 milliards d'années-lumière. Cet événement impliquait la fusion de trous noirs d'environ 17 et 8 masses solaires. Mais alors que la plupart des trous noirs détectés depuis 2015 tournent dans le même sens que leur orbite, ici, pour la première fois, le trou noir principal de GW241110 tournait dans le sens inverse de son orbite (rotation anti-parallèle à son vecteur de moment angulaire orbital). La rotation principale de la source de GW241011 est quant à elle inclinée d'environ 30° par rapport à l'axe de rotation de l'orbite, et le signal d'ondes gravitationnelles présente clairement une précession spin-orbite relativiste. Malgré cette différence de rotation, les sources de GW241011 et GW241110 possèdent des masses similaires entre 15 et 20 M⊙ environ, et les deux supposent des masses inégales pour leurs trous noirs constitutifs, GW241011 en particulier nécessitant un rapport de masse d'environ 3:1.

Des systèmes binaires de ce type avaient été prédits à partir d'observations antérieures, mais il s'agit de la première preuve directe de leur existence.

Ces deux fusions détectées suggèrent l'existence possible de trous noirs de « seconde génération ». En effet, chacun de ces événements présente un trou noir nettement plus massif que l’autre et en rotation rapide, ce qui constitue un indice de la formation de ces trous noirs issus de fusions antérieures. Ce processus, appelé fusion hiérarchique, suggère que ces systèmes se sont formés dans des environnements denses, dans des régions comme les amas d'étoiles, où les trous noirs sont plus susceptibles d'entrer en collision et de fusionner de manière répétée.

Grâce à sa détection très nette, GW241011 a pu être comparé aux prédictions de la théorie d'Einstein et à la solution du mathématicien Roy Kerr concernant la rotation des trous noirs (facteurs décrivant leur forme, leur rotation et d'autres propriétés). La rotation rapide du trou noir le déforme légèrement, laissant une signature caractéristique dans les ondes gravitationnelles qu'il émet. L'analyse de GW241011 a révélé une excellente concordance avec la solution de Kerr et a confirmé avec une précision sans précédent le rayonnement gravitationnel issu de moments multipolaires d'ordre supérieur.

La fusion de systèmes binaires de trous noirs produit des trous noirs résiduels en rotation rapide, avec des vitesses de rotation de l'ordre de χ  ≈ 0,7 (valeur sans unité, la rotation maximale valant 1). L'émission asymétrique d'ondes gravitationnelles peut accélérer considérablement ces trous noirs résiduels, avec des vitesses pouvant atteindre des milliers de kilomètres par seconde. Mais dans des environnements où les vitesses de libération sont suffisamment élevées, les trous noirs résiduels peuvent toutefois rester liés gravitationnellement, capturer de nouveaux partenaires et participer à des fusions binaires ultérieures. C'est le scénario envisagé ici.

Les trous noirs en rotation rapide, tels que ceux observés dans cette étude, trouvent aussi une nouvelle application en physique des particules. Les astrophysiciens peuvent les utiliser pour tester l'existence et la masse de certaines particules élémentaires légères hypothétiques. Ces particules, appelées bosons ultralégers, sont prédites par des théories qui vont au-delà du Modèle Standard de la physique des particules. Si les bosons ultralégers existent, ils peuvent extraire de l'énergie de rotation des trous noirs. Dans ce cas, la quantité d'énergie extraite et le ralentissement de la rotation des trous noirs au fil du temps dépendent de la masse de ces particules, qui reste encore inconnue. Les chercheurs montrent que l'observation selon laquelle le trou noir massif du système binaire qui a émis GW241011 continue de tourner rapidement même des millions ou des milliards d'années après sa formation exclut une large gamme de masses de bosons ultralégers dans la gamme de masse 10^-13 à 10^-12 eV.

L'enrichissement des catalogues d'ondes gravitationnelles, qui a été rendu possible par le fonctionnement simultané d'observatoires d'ondes gravitationnelles de plus en plus sensibles, continue de révéler des sources individuellement intéressantes qui élargissent notre compréhension du paysage des binaires compactes. Les ondes gravitationnelles détectées lors de la quatrième campagne d'observation des observatoires LIGO, Virgo et KAGRA ont jusqu'à présent permis de tester de manière inédite la relativité et les modèles de formes d'onde gravitationnelles. Elles ont identifié des sources dans des régions nouvelles et inattendues de l'espace des paramètres. Les découvertes se poursuivront jusqu'à la fin de la quatrième campagne d'observation LIGO–Virgo–KAGRA, et au-delà...

Source

GW241011 and GW241110: Exploring Binary Formation and Fundamental Physics with Asymmetric, High-spin Black Hole Coalescences

LVK Collaboration

The Astrophysical Journal Letters, Volume 993, Number 1 (28 october 2025)

https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae0d54

Illustration 

Vue d'artiste d'une fusion de trous noirs asymétriques (Carl Knox, OzGrav, Swinburne University of Technology)

Test concluant du théorème de l'aire des trous noirs de Hawking et de leur nature de Kerr

En 1971, Stephen Hawking avait publié un théorème intrigant, connu également sous le nom de deuxième loi de la mécanique des trous noirs : la surface totale d’un trou noir ne peut pas diminuer, mais seulement augmenter ou rester stable. Ainsi, si deux trous noirs fusionnent, le trou noir nouvellement formé aura nécessairement une surface plus grande (alors que sa masse sera plus petite que la somme des deux). Ce phénomène est connu sous le nom de théorème des aires de Hawking. Ce théorème vient d'être confirmé par l’analyse du signal gravitationnel provenant d’une fusion de trous noirs détectée en janvier dernier et qui fournit le signal le plus clair jamais observé par LIGO. L'article est publié dans Physical Review Letters.

Cette belle avancée coïncide avec le dixième anniversaire de la première détection d'une fusion de trous noirs par la collaboration LIGO. Par ailleurs, un deuxième article, soumis (mais non encore accepté), pose des limites théoriques à la troisième tonalité prédite, plus aiguë, qui pourrait se cacher dans le signal d'ondes gravitationnelles de l'événement.

La collaboration LIGO/Virgo/KAGRA (LVK) détecte les ondes gravitationnelles par interférométrie laser , utilisant des lasers de haute puissance pour mesurer les infimes variations de distance entre deux objets distants de plusieurs kilomètres. LIGO dispose de détecteurs à Hanford, dans l'État de Washington, et à Livingston, en Louisiane. Un troisième détecteur, Advanced Virgo, est entré en service en Italie en 2016. Au Japon, KAGRA est le premier détecteur d'ondes gravitationnelles d'Asie et le premier à être construit sous terre. La construction de LIGO-India a débuté en 2021, et les physiciens prévoient sa mise en service dans les années à venir.

Chaque instrument est si sensible qu'il capte également de faibles vibrations ambiantes, comme le grondement d'un train de marchandises ou les vibrations thermiques naturelles des détecteurs eux-mêmes. La collaboration LIGO met donc tout en œuvre pour protéger ses instruments et minimiser le bruit dans ses données. Le 14 septembre 2015, les deux détecteurs avaient capté des signaux à quelques millisecondes d'intervalle pour la toute première fois. La détection de ces signaux a été une prouesse remarquable, et personne n'a été surpris lorsque la première observation directe d'ondes gravitationnelles a remporté le prix Nobel de physique en 2017 .

Depuis, LVK a détecté quelques fusions d'étoiles à neutrons, dont GW170817 qui a inauguré l'ère de l'astronomie à multimessagers (ondes gravitationnelles + ondes électromagnétiques). La collaboration a également détecté des fusions asymétriques, où un trou noir est beaucoup plus massif que son partenaire, ainsi que des découvertes remettant en question le soi-disant « écart de masse » entre les trous noirs et les étoiles à neutrons. Cet été, la collaboration LIGO/Virgo/KAGRA a annoncé lors d'une conférence scientifique, la détection de la fusion la plus massive jamais observée entre deux trous noirs (baptisée GW231123), donnant naissance à un nouveau trou noir de 225 masses  solaires. L'article n'est pas encore publié mais devrait l'être bientôt.

Il faut dire que LIGO a été amélioré à plusieurs reprises depuis 2015, et est désormais près de quatre fois plus sensible que lors de l'enregistrement de cette première fusion de trous noirs. Cette sensibilité a permis à la collaboration d'enregistrer le signal d'onde gravitationnelle le plus propre à ce jour, en termes de rapport signal/bruit, baptisé GW250114. Cet événement était remarquablement similaire au premier de 2015, impliquant deux trous noirs d'environ 30 masses solaires dont la fusion a produit un signal tout aussi puissant et a donné naissance à un nouveau trou noir d'environ 63 masses solaires. Mais la différence de qualité des deux signaux a permis aux chercheurs de mieux isoler certaines fréquences ou tonalités du « ringdown », les vibrations du trou noir résultant juste après la fusion. Et ces données cruciales permettent de calculer les propriétés du nouveau trou noir et les comparer aux prédictions théoriques.

D’un point de vue théorique, on s’attend à ce que les trous noirs soient des objets remarquablement simples. Selon la théorie de la relativité générale d'Einstein et sous certaines hypothèses de régularité, les trous noirs stationnaires isolés peuvent être entièrement caractérisés par seulement trois paramètres : la masse, le spin et la charge électrique. Pour les trous noirs neutres, cela implique que la masse et le spin déterminent le système par la métrique de Kerr, la solution axisymétrique et neutre unique aux équations d'Einstein. Cette singularité est étroitement liée à des conjectures clés de la gravitation classique, notamment la faible censure cosmique et la stabilité des trous noirs en rotation, qui restent toutes deux non prouvées.

L'unicité et l'absence de caractéristiques implicites des trous noirs donnent lieu à des paradoxes dans le contexte de la mécanique quantique et de la thermodynamique. Les lois de la mécanique des trous noirs, que l'on soupçonnait à l'origine de ne rappeler que par coïncidence la mécanique statistique, établit les trous noirs comme de véritables systèmes thermodynamiques : le rôle de l'entropie est attribué à la zone de l'horizon des événements, tandis que les trous noirs rayonnent en raison d'effets quantiques comme un corps noir avec une température liée à leur gravité de surface. La thermodynamique des trous noirs joue un rôle clé dans la quête visant à réconcilier la gravité avec le reste de la physique, à travers des concepts tels que la perte d'information, la gravité holographique, ou l'interprétation microscopique de l'entropie du trous noirs.

Les trous noirs jouent un rôle central dans la phénoménologie et l'évolution de l'Univers, affichant des comportements riches et complexes, de l'échelle stellaire à l'échelle galactique. On s'attend à ce que les trous noirs ne soient pas significativement chargés, se conformant ainsi à la métrique de Kerr. Cependant, la mesure dans laquelle ils le font reste une question ouverte. Et heureusement, les ondes gravitationnelles peuvent éclairer cette hypothèse en sondant par l'observation la nature Kerr des trous noirs.

Bien que les coalescences de trous noirs présentent des champs gravitationnels parmi les plus puissants et les plus dynamiques, leurs états initial et final sont simples. Une coalescence débute par une longue spirale, au cours de laquelle deux trous noirs orbitent et se rapprochent l'un de l'autre, le système perdant de l'énergie et du moment cinétique sous l'effet du rayonnement gravitationnel. Après la fusion, le trou noir résiduel « sonne » alors qu'il s'installe dans un état Kerr quiescent. Dans ce contexte, supposer un trou noir de Kerr implique un spectre de résonance spécifique (fréquences et taux d'amortissement), qui est une fonction connue de la masse et du spin du trou noir. Parallèlement, la deuxième loi de la mécanique des trous noirs, également connue sous le nom de loi de l'aire de Hawking, exige une augmentation nette de l'aire totale de l'horizon des événements tout au long de la coalescence.

Le signal d'onde gravitationnelle GW250114 a été observé par les deux détecteurs LIGO avec un rapport signal/bruit de 80. L'analyse montre que les masses des deux trous noirs étaient presque égales : 𝑚1=33.6 (+1.2 −0.8⁢) 𝑀⊙ et 𝑚2=32.2 (+0.8−1.3⁢) 𝑀⊙, et avec de petits spins : 𝜒 ≤ 0.26, ainsi qu'une excentricité négligeable 𝑒⁢ ≤0.03. 

Les chercheurs de LVK montrent que les données post-fusion excluant la région de pic sont cohérentes avec le mode quadripolaire dominant(ℓ=|𝑚|=2) d'un trou noir de Kerr et sa première harmonique. Les chercheurs fournissent ainsi un test robuste de la nature de Kerr du trou noir résultant. 

Une série d'analyses confirme ensuite que la surface du trou noir résiduel est supérieure à la somme des surfaces initiales, Les données de GW250114 révèlent que les deux trous noirs initiaux avaient une aire totale d'environ 240 000 kilomètres carrés. Après la fusion, le nouveau trou noir mesurait environ 400 000 kilomètres carrés.

Même si cette affirmation est très simple – "les aires ne peuvent qu'augmenter" – elle a d'immenses implications. Stephen Hawking et Jacob Bekenstein ont notamment montré en 1974 que l'aire d'un trou noir est en fait proportionnelle à son entropie, qui doit également augmenter selon la deuxième loi de la thermodynamique. C'est un élément clé des tentatives actuelles de développement d'une théorie quantique de la gravité. 

Le signal d'ondes gravitationnelles GW250114 marque une étape importante dans l'histoire de la science des ondes gravitationnelles. Grâce à son rapport signal sur bruit élevé, GW250114 offre une vision extrêmement claire du processus hautement dynamique par lequel deux trous noirs fusionnent pour donner naissance à un trou noir résiduel. Les données de LIGO Hanford et LIGO Livingston sont donc compatibles avec les multiples modes quasinormaux d'un trou noir de Kerr et avec la loi des aires de Hawking.

Ces résultats suggèrent que les trous noirs astrophysiques sont effectivement des objets extrêmement simples, conformes à la relativité générale et à la description de Kerr. Le résidu de la fusion fortement perturbé se stabilise dans un état de repos à entropie plus élevée en quelques échelles de temps dynamiques. La prochaine décennie de l'astrophysique des ondes gravitationnelles promet d'enrichir encore notre compréhension des trous noirs.

Source

GW250114: Testing Hawking’s Area Law and the Kerr Nature of Black Holes

A. G. Abac et al.

Phys. Rev. Lett. 135 (10 September, 2025)

https://doi.org/10.1103/kw5g-d732

Illustrations

1. Le signal GW250114 enregistré par les deux détecteurs interférométriques de LIGO (Abac et al.)

2. Formule de l'aire d'un trou noir de Kerr (m est la masse et χ le spin.

Rétrospective des 23 plus belles découvertes de 2023

L'heure de la rétrospective annuelle est venue ! Je vous propose de retrouver ci-dessous les 23 découvertes qui ont marqué cette année 2023, sous la forme d'un classement qui se veut tout à fait subjectif... 

Bonne année à toutes et tous ! 

23 : Découverte d'une galaxie sans étoiles (07.03)

22 : Caractérisation d'un sursaut gamma ultra-long et ultra-lointain (29.09)

21 : La vitesse ultime des trous noirs errants (25.08)

20 : Découverte d'une étoile produite dans un résidu de supernova par instabilité de paires (07.06)

19 : IceCube détecte les neutrinos de la Voie Lactée (07.07)

18 :  Vénus a une activité volcanique actuellement (19.03)

17 :  Nouvelle image du trou noir M87* obtenue grâce à l'intelligence artificielle (13.04)

16 : Les anomalies du fond diffus cosmologique expliquées par un effet d'avant plan galactique (09.07)

15 :  Découverte d'un trou noir de 100 millions de masses solaires 470 megannées post Big Bang (9.11)

14 : Le panache d'eau de Encelade analysé par le télescope Webb (01.06)

13 : Du phosphore détecté dans les panaches de Encelade (16.06 )

12 : De nombreuses molécules organiques identifiées dans les panaches de Encelade (15.12)

11 : Première mesure de la masse d'une naine blanche isolée (02.02)

10  : Mesure inédite de H0 grâce à une supernova démultipliée réapparue avec un retard, et nouveau pavé dans la mare (13.05)

9 : Détection d'une particule de 244 milliards de GeV, soit 40 Joules (29.11)

8 : Mesure inédite du ringdown dans GW190521 et réévaluation à la hausse de la masse du trou noir résultant (5.12 )

7 : La masse de la Voie Lactée divisée par 5 par une mesure précise de sa courbe de rotation (10.10)

6 : Découverte de 8 sursauts radio ultra-rapides (ultra FRB) (20.10)

5 : Découverte de 6 galaxies candidates très massives environ 600 mégannées post Big Bang (24.02)

4 : L'antimatière tombe vers le bas ! (27.09)

3 : L'espace-temps rayonne à proximité des trous noirs et des étoiles à neutrons (04.06)

2 : Détection du fond diffus d'ondes gravitationnelles à basse fréquence (29.06)

1 : GRB 221009A : le sursaut gamma le plus brillant depuis 10 000 ans (30.03)

Mesure inédite du ringdown dans GW190521 et réévaluation à la hausse de la masse du trou noir résultant

GW190521 est la détection gravitationnelle de la fusion de trous noirs les plus massifs à ce jour menant à un trou noir de 142 masses solaires. Plus de quatre ans après sa détection, des physiciens ont réanalysé les données et ils parviennent à isoler le signal de ringdown qui a suivi la fusion, le signal d'ondes gravitationnelles qui correspond au moment où le trou noir final reprend une forme parfaitement sphérique. C'est la toute première fois que l'on parvient à observer ce signal spécifique, qui nous permet de vérifier à nouveau la théorie de la relativité générale. L'article est paru dans Physical Review Letters la semaine dernière.   

Détection du fond diffus d'ondes gravitationnelles à basse fréquence

NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) a pour objectif de détecter des ondes gravitationnelles de basse fréquence, comme celles qui sont émises par les trous noirs supermassifs, grâce à la mesure précise des variations des temps d’arrivée des pulses d’un réseau de pulsars. C’est une collaboration qui a été fondée en octobre 2007 et compte aujourd'hui plus de 170 membres répartis dans plus de 70 institutions. Ils annoncent aujourd’hui les résultats obtenus durant les quinze années écoulées : le fond diffus d'ondes gravitationnelles est détecté ! La découverte fait l'objet de quatre articles parus dans The Astrophysical Journal Letters.

La constante de Hubble mesurée avec des ondes gravitationnelles : 68 km/s/Mpc !

C'est un article assez incroyable que vient de publier The Astrophysical Journal. Il comporte 1270 co-auteurs, leur liste complète remplis les 4 premières pages de l'article, et la liste de leurs institutions tout autant... hallucinant...  Il s'agit en fait de la supercollaboration internationale des physiciens détecteurs d'ondes gravitationnelles : LIGO, VIRGO et KAGRA. Dans cette étude de 37 pages (moins 8), ils exploitent les informations de 47 événements d'ondes gravitationnelles compilés dans leur troisième catalogue qui en comportait 90 pour déterminer le taux d'expansion de l'Univers en fonction du redshift et sa valeur au redshift 0, qu'on appelle aussi la constante de Hubble Lemaître H₀. Et la valeur qu'ils obtiennent va encore à l'encontre de la valeur déterminée via les supernovas Ia !... et elle est tout à fait cohérente avec la valeur déduite des mesures du fond diffus cosmologique et du modèle standard, même si elle arbore encore une incertitude systématique assez grande. 

La précession relativiste observée dans un couple de trous noirs juste avant leur fusion

GW200129 est un train d'ondes gravitationnelles qui a été détecté le 29 janvier 2020 et qui a été produit par la fusion de deux trous noirs de 39 et 22 masses solaires. Mais l'un des deux trous noirs était atypique, avec une rotation extrême sur lui même et un axe de rotation très désaligné, ce qui a généré un phénomène de précession relativiste très intense. Un phénomène qu'ont pu observer une équipe de chercheurs pour la première fois. Ils publient leur étude dans Nature.

Toujours aucune trace d'ondes gravitationnelles primordiales dans le CMB

Une recherche actualisée des ondes gravitationnelles primordiales, qui auraient été produites lors de la phase inflationnaire de l'Univers, ne trouve toujours pas de signal. Cette nouvelle contrainte observationnelle implique que certains modèles d'inflation de l'Univers primordial deviennent moins viables. L'étude est parue dans Physical Review Letters.

Le théorème de la surface des trous noirs de Hawking vérifié par les ondes gravitationnelles

Aujourd'hui, l'une des lois les plus célèbres concernant les trous noirs, le théorème de la surface qui a été écrit par Stephen Hawking en 1974, vient d'être  confirmée par les ondes gravitationnelles. Selon ce théorème, la surface des trous noirs ne peut pas diminuer au fil du temps, notamment lorsqu'ils produisent des ondes gravitationnelles. Une étude parue dans Physical Review Letters intitulée Testing the black-hole area law with GW150914.

La Relativité Générale testée en champ fort grâce à la relation I-Love-Q des étoiles à neutrons

Des astrophysiciens viennent d'évaluer pour la première fois des paramètres fondamentaux d'une étoile à neutrons isolée : son moment d'inertie, son moment quadripolaire et son excentricité de surface, grâce à des mesures inédites du rayon et de la masse de l'étoile à neutrons. Ils leur permettent de tester la Relativité Générale en champ fort pour la première fois. Une étude parue dans Physical Review Letters. 

Plus grosse étoile à neutrons ou plus petit trou noir dans GW190814 ? BigApple fournit une réponse

C'était le 23 juin dernier : les collaborations LIGO et Virgo publiaient la découverte d'un événement gravitationnel singulier : GW190814, il s'agissait de la fusion d'un trou noir de 23 masses solaires avec un petit objet compact de 2,6 masses solaires seulement, sans pouvoir déterminer si ce petit objet était la plus grosse étoile à neutrons ou bien le plus petit trou noir jamais observés. Une étude se penche aujourd'hui sur la nature possible de cet objet à partir de nombreuses considérations et obtient une réponse... L'étude est publiée dans Physical Review C.

Des neutrinos comme signe avant coureur d'une fusion de trous noirs supermassifs

La blazar TXS 0506+056  a été le premier objet astrophysique reconnu comme source de neutrinos de très haute énergie. Le fait que deux épisodes semblables séparés de trois ans environ ont été détectés par IceCube en provenance de ce noyau actif de galaxie indique selon une équipe d'astrophysiciens une possibilité qu'il puisse s'agir d'une émission de neutrinos périodique, qui pourrait être liée à un couple de trous noirs supermassifs proches de la fusion... Une étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

Détection d'un trou noir de 142 masses solaires par ses ondes gravitationnelles de fusion

C’est du très lourd ! Les collaborations LIGO et Virgo (encore elles) viennent de publier la découverte aujourd’hui du plus gros trou noir issu d’une fusion, et ce trou noir est le premier à dépasser le seuil des 100 masses solaires, ce qui signifie que c’est le premier trou noir de masse intermédiaire qui est clairement identifié, une graine de trou noir supermassif… Deux études sont publiées simultanément, la première sur la détection dans Physical Review Letters et la seconde sur les implications astrophysiques de cette découverte dans The Astrophysical Journal Letters. 

Une fusion de trous noirs très asymétrique très riche en informations

L'article en mode prépublication était sorti au mois d'avril dernier, et c'est seulement cette semaine qu'il est publié dans Physical Review D et que nous pouvons donc en parler. Je veux parler de la belle découverte des collaborations LIGO/Virgo de la fusion de deux trous noirs de masses très différentes, l'événement gravitationnel GW190412 qui remonte au 12 avril 2019. Avec 8 et 30 masses solaires, ce duo fut le premier couple de trous noirs asymétrique a être observé, mais il est vrai qu'il a été très vite éclipsé en juin dernier par la découverte (et la publication rapide) passionnante il est vrai d'un autre système encore plus asymétrique avec un trou noir de 23 masses solaires et un objet compact indéterminé de 2,6 masses solaires (GW190814 détecté le 14 août 2019). Mais il nous faut revenir sur ce premier couple asymétrique détecté seulement trois semaines après le début du troisième run d'observation des interféromètres gravitationnels car il a permis aux chercheurs de tester la Relativité Générale comme jamais auparavant et de bien mieux caractériser les trous noirs.

Une possible émission électromagnétique associée à la fusion de trous noirs stellaires

Voilà encore une étude très intéressante qui lorgne du côté des fusions de trous noirs. Cette fois-ci, il s'agit de l'apparition d'un signal électromagnétique qui serait associé à la coalescence de deux gros trous noirs stellaires. Cette fusion aurait produit un rayonnement électromagnétique caractéristique à cause de l'endroit où elle aurait eu lieu : au sein du disque d'accrétion d'un trou noir supermassif niché au coeur d'un quasar... L'étude vient de paraître dans Physical Review Letters.

Détection gravitationnelle d'une fusion d'objets compacts très asymétrique

Voilà une belle découverte obtenue par la détection d'ondes gravitationnelles : celle d'un objet à la frontière entre étoile à neutrons et trou noir. C'est la première détection d'ondes gravitationnelles par LIGO/Virgo qui a pour origine un couple aussi différent en terme de masses : 23,2 masses solaires pour le premier trou noir et seulement 2,6 masses solaires pour l'"autre objet"... car les chercheurs n'arrivent pas à savoir si c'est une (trop) grosse étoile à neutron ou bien un très petit trou noir... L'étude est parue dans The Astrophysical Journal Letters.

Un scénario élégant pour expliquer les trous noirs supermassifs

Une équipe d'astrophysiciens italiens vient de publier une solution élégante pour expliquer la création des graines des trous noirs supermassifs et leur grossissement rapide. Elle serait liée à la migration et à la fusion de milliers de résidus compacts d'étoiles massives (étoiles à neutrons et trous noirs stellaires) dans les régions centrales des toutes premières galaxies. Une étude parue dans The Astrophysical Journal.

Détection d'une fusion d'étoiles à neutrons de grande masse

L'événement gravitationnel GW 190425 vient d'être publié par la collaboration LIGO/Virgo, et ce n'est pas n'importe quel événement gravitationnel : il s'agit de la deuxième fusion très très probable de 2 étoiles à neutrons, avec cette fois-ci une masse totale des deux composantes qui est élevée par rapport aux couples d'étoiles à neutrons que l'on connaît classiquement : 3,4 masses solaires. Aucun signal électromagnétique n'a hélas pu être trouvé en coïncidence.

Reprise de la chasse aux ondes gravitationnelles

La chasse aux ondes gravitationnelles vient de reprendre ce lundi 1er avril avec les deux interféromètres américains LIGO et l'européen Virgo, tous les trois remis à niveau pour atteindre des performances encore décuplées, grâce à une technique quantique très particulière. Les détecteurs interférométriques  pourraient maintenant observer une fusion de trous noirs ou d'étoiles à neutrons toutes les semaines...

Observation d'un jet de matière traversant le résidu de la fusion d'étoiles à neutrons

L’événement de fusion de deux étoiles à neutrons qui a été détecté à la fois par des ondes gravitationnelles et par une multitudes d'observations électromagnétiques le 17 août 2017 a-t-il laissé derrière lui une très grosse étoile à neutrons ou bien un trou noir de faible masse ? Aujourd'hui, des observations en ondes radio par de très nombreux radiotélescopes en interférométrie, effectuées 207 jours après le cataclysme montrent qu'un jet de matière structuré et très véloce est en train de s'échapper des résidus de la collision, signe évident de la présence d'un trou noir.