Les trous noirs sont parmi les objets les plus fascinants de l'univers, mais ils restent insaisissables car ils sont si incroyablement denses et leur gravité est si forte que même la lumière ne peut leur échapper. Pour découvrir des trous noirs qui se cachent à travers le cosmos, les chercheurs se sont tournés vers un domaine de recherche émergent appelé l'astronomie des ondes gravitationnelles.
Les ondes gravitationnelles sont des distorsions, ou ondulations, dans le tissu de l'espace et du temps produites par le mouvement d'objets massifs. En 2015, les astronomes ont détecté le mouvement des ondes gravitationnelles pour la première fois à l'aide des télescopes de l'Observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) de l'interféromètre laser terrestre (LIGO) en Louisiane et à Washington. Dans ce cas, les ondulations ont été produites par une violente collision de deux trous noirs massifs co-orbitants connus sous le nom de binaire de trou noir.
En utilisant LIGO et d'autres technologies d'observation, une nouvelle étude vise à brosser un tableau plus complet des trous noirs - en particulier ceux appartenant à la catégorie plus obscure connue sous le nom de trous noirs de masse intermédiaire (IMBH).
"Lorsque j'ai rejoint le LIGO, j'ai réalisé que mes années de simulation relativiste générale des trous noirs pouvaient être utilisées pour développer une nouvelle chasse astrophysique des IMBH", a déclaré à Space Karan Jani, astrophysicien de l'Université de Vanderbilt et auteur principal de l'étude. com
Les IMBH se situent entre supermassif - au moins un million de fois plus grand que notre soleil - et trous noirs de masse stellaire - plus petits, mais toujours cinq à 50 fois plus grands que la masse de notre soleil.
"Les IMBH sont très spéciaux dans la décennie inaugurale de l'astronomie des ondes gravitationnelles. Parmi toutes les sources astrophysiques connues qui émettent des ondes gravitationnelles, nous rapportons que LIGO et LISA [Laser Interferometer Space Antenna] sont les plus sensibles aux fusions d'IMBH", a déclaré Jani. "Avec ces deux expériences, nous pouvons pratiquement étudier tous les binaires IMBH dans l'univers."
Cependant, les astronomes n'ont pas encore été en mesure de détecter directement ces trous noirs de taille moyenne insaisissables, a ajouté Jani. Ainsi, son approche consiste à étudier les différentes fréquences des ondes gravitationnelles émises par les trous noirs pour mieux comprendre l'activité IMBH.
"Comme un orchestre symphonique émet du son sur une gamme de fréquences, les ondes gravitationnelles émises par les trous noirs se produisent à différentes fréquences et à différents moments", a déclaré Jani dans un communiqué de l'Université Vanderbilt. "Certaines de ces fréquences sont extrêmement large bande passante, tandis que d'autres sont à faible bande passante, et notre objectif dans la prochaine ère de l'astronomie des ondes gravitationnelles est de capturer des observations multibandes de ces deux fréquences afin d '" entendre la chanson entière ", comme c’était le cas pour les trous noirs. "
On pense que les IMBH sont les graines à partir desquelles les trous noirs supermassifs se développent. Par exemple, les trous noirs peuvent se développer en engloutissant d'autres trous noirs. Dans la région d'infiltration de matière entourant un trou noir, également connu sous le nom de disque d'accrétion, de fortes forces gravitationnelles attirent le gaz, les étoiles, la poussière et même d'autres trous noirs à proximité. Tout matériau qui se rapproche trop risque d'être tiré au-delà de l'horizon des événements - le point au-delà duquel il ne peut pas échapper à l'attraction gravitationnelle du trou noir.
"Dès qu'un IMBH aura piégé un autre trou noir à proximité, il y aura une rafale de rayonnement gravitationnel", a déclaré Jani à Space.com. "LIGO peut capter ce rayonnement au moment où ces trous noirs entrent en collision."
La mission LISA proposée - conjointement dirigée par l'Agence spatiale européenne et la NASA - sera en mesure de détecter et de mesurer avec précision les ondes gravitationnelles à basse fréquence, ce qui est difficile pour les détecteurs terrestres, en raison du mouvement sismique de notre planète ou même des vibrations d'un passage voiture. Prévu pour être lancé en 2034, LISA serait le premier détecteur dédié aux ondes gravitationnelles spatiales.
"Avec la mission LISA, notre étude révèle que le rayonnement des IMBH peut être enregistré au moins quelques années avant leur collision fatale", a déclaré Jani. "Ce rayonnement est littéralement l'espace-temps qui se déforme juste à l'extérieur de l'horizon des événements des IMBH. Contrairement à un signal radio ou à rayons X, le rayonnement gravitationnel ne perd pas d'informations car il parcourt des milliards d'années-lumière avant de nous atteindre."
Par conséquent, en combinant les observations des détecteurs LIGO, qui captent les ondes gravitationnelles à haute fréquence, et les futurs détecteurs tels que la mission LISA, qui mesurera les ondes gravitationnelles à basse fréquence, les chercheurs espèrent combler les lacunes dans la compréhension actuelle des trous noirs.
Leur étude a été publiée le 18 novembre dans la revue Nature Astronomy.
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