L’Univers pourrait être rempli de Fusion de Trou noir Supermassifs

  Quelque chose d’étrange et de merveilleux pourrait se produire dans les régions frontalières des galaxies : des paires de trous noirs fusionnant encore et encore pour produire des...
 

Quelque chose d’étrange et de merveilleux pourrait se produire dans les régions frontalières des galaxies : des paires de trous noirs fusionnant encore et encore pour produire des quantités phénoménales d’énergie, plus qu’une seule étoile ne pourrait générer seule.

C’est la pensée des scientifiques qui étudient les amas denses d’étoiles – des poches d’espace où des centaines de milliers, voire des millions d’étoiles se rassemblent étroitement.

Avec ces objets stellaires à une telle proximité, une fois que deux trous noirs en orbite fusionnent, le trou noir supermassif qui en résulte pourrait trouver un nouveau partenaire, répétant le processus – c’est l’hypothèse à partir de laquelle une équipe internationale d’astronomes travaille maintenant.

« Nous pensons que ces amas se sont formés avec des centaines ou des milliers de trous noirs qui se sont rapidement effondrés au centre « , explique Carl Rodriguez, chercheur principal, astrophysicien au MIT.

Ces types d’amas sont essentiellement des usines pour les binaires à trous noirs, où il y a tellement de trous noirs dans une petite région de l’espace que deux trous noirs pourraient fusionner et produire un trou noir plus massif.

Alors ce nouveau trou noir peut trouver un autre compagnon et fusionner à nouveau.

C’est une idée dont Rodriguez et ses collègues ont montré qu’elle pourrait fonctionner sur la base de modèles mathématiques avancés, sur le supercalculateur Quest de la Northwestern University à New York.

L’ordinateur a parcouru 24 simulations différentes, couvrant des amas de 200 000 à 2 millions d’étoiles et s’étendant sur une période de 12 milliards d’années. C’est beaucoup de calculs, mais cela a montré que des « fusions de deuxième génération » pouvaient effectivement se produire.

L’ingrédient spécial dans les calculs était d’aller au-delà de la théorie de la gravité de Newton – qui s’applique dans la grande majorité des cas – pour considérer deux trous noirs se fouettant l’un l’autre de très près, comme ce pourrait être le cas dans ces amas denses d’étoiles.

En ajoutant la théorie de la relativité générale d’Einstein, les ondes gravitationnelles et tout le reste, les chercheurs ont montré que les trous noirs pouvaient fusionner ensemble, plutôt que d’être expulsés de l’amas (comme ils le feraient sous les lois classiques de Newton).

 

Un trou noir binaire (orange) et un seul trou noir (bleu) fusionnent pour créer un nouveau trou noir (rouge). (Carl Rodriguez)

Pour obtenir plus de preuves du phénomène, l’équipe aura besoin de l’aide du détecteur d’ondes gravitationnelles de LIGO.

LIGO a déjà montré qu’il existe des trous noirs binaires stellaires, deux étoiles mourantes se joignant dans une fusion massive qui produit une explosion d’ondes gravitationnelles.

Si les fusions peuvent donner lieu à d’autres fusions, LIGO devrait être en mesure de le détecter également.

« Si nous attendons assez longtemps, LIGO finira par voir quelque chose qui ne peut provenir que de ces amas d’étoiles, parce qu’il serait plus grand que tout ce que vous pourriez obtenir d’une seule étoile « , dit Rodriguez.

Ces amas sphériques d’étoiles que les chercheurs ont étudié apparaissent dans la plupart des galaxies – notre Voie lactée en contient environ 200.

La dernière pièce du puzzle est de savoir si les fusions de trous noirs peuvent rester assez longtemps pour créer d’autres fusions : en fonction de la rotation des trous noirs lorsqu’ils se combinent, l’énergie gravitationnelle résultante pourrait bien propulser le trou noir géant et le faire combiné hors de l’amas.

Jusqu’à présent, LIGO n’a détecté que de faibles taux de rotation des trous noirs, ce qui suggère que ces objets stellaires ne tournent pas aussi vite que les scientifiques le pensaient auparavant.

La baisse des taux de rotation que LIGO a noté est un autre signe que ces fusions combinées pourraient être possibles.

Donc, tous les yeux se tournent à nouveau vers LIGO, pour voir si ses mesures peuvent appuyer la modélisation que Quest a faite. La pensée est que tout ce qui a une masse comprise entre 50-130 masses solaires devrait être formé par une fusion multiple, plutôt que par une étoile unique.

« Mes co-auteurs et moi avons parié contre un couple de personnes étudiant la formation d’étoiles binaires que dans les 100 premières détections, LIGO détectera quelque chose dans cet espace de masse supérieure « , dit Rodriguez.

« J’aurai une belle bouteille de vin si c’est vrai. »

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