Historiquement, les trous noirs que les astronomes ont découverts se présentent en deux tailles distinctes: les trous noirs stellaires (aka collapsars), qui sont nés de l’implosion d’étoiles mourantes et ont une gamme de masse de 5 à plusieurs dizaines de celle de leur masse stellaire, et supermassif les trous noirs, dont la masse varie entre des millions et des milliards de celle de notre Soleil. Cependant, trouver un trou noir avec une gamme de masse qui se situe entre les deux a été extrêmement rare. Jusqu’à aujourd’hui, c’est. 

Une équipe internationale d’astronomes travaillant avec le Laser Interferometry Gravitational Wave Observatory Scientific Collaboration (LSC) et la Virgo Collaboration ont annoncé mercredi avoir, pour la première fois de l’histoire, observé directement les ondes gravitationnelles générées par la formation d’une masse intermédiaire trou noir (IMBH) – un avec 142 fois la masse de notre étoile locale. L’équipe a utilisé les deux capteurs LIGO en Amérique ainsi que le troisième situé en Italie pour effectuer l’observation. Ils ont surnommé l’onde gravitationnelle, GW190521.

Comme le professeur adjoint de recherche de l’Université Vanderbilt, le Dr Karan Jani, l’a expliqué à TechQ, le signal lui-même était minuscule – à peine quatre lignes ondulées ne durant qu’un dixième de seconde – mais ses implications pour notre compréhension du cosmos sont immenses. «Nous avons pu confirmer que cela venait d’une collision de deux trous noirs», a déclaré Jani. «Les deux sont extrêmement massifs; quelque chose que nous savons que les étoiles ne peuvent pas fabriquer. 

Les trous noirs individuels pesaient respectivement environ 85 et 65 fois la masse du soleil. Les deux sont au-delà de la limite de poids théorique des collapsars. Lorsqu’ils se sont écrasés il y a six milliards d’années dans une région de l’espace à 5 gigaparsecs, ils ont libéré «huit masses d’énergie solaire» sous la forme d’une onde gravitationnelle et ont donné naissance à l’IMBH encore plus massif que l’équipe a détecté, selon un Communiqué de presse Vanderbilt.

Jani explique que les IMBH existent dans ce qu’on appelle un «désert de trou noir» étant donné que nous n’avions auparavant aucun signal confirmé par l’observation de l’existence d’un IMBH. «Nous ne savons tout simplement pas… comme si c’était une lacune dans la nature», a déclaré Jani. «[La nature] a-t-elle une certaine préférence pour ne faire que quelques trous noirs dans ces différentes masses?»

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Bien sûr, l’univers est un grand endroit et ce n’est pas parce que nous n’avons trouvé aucun IMBH à ce jour que nous ne les cherchions pas. Les astronomes ont trouvé 305 candidats potentiels sur la base de l’analyse de plus d’un million d’images prises lors du Sloan Digital Sky Survey. Cependant leurs présences ont été remarquées sur la base des émissions de sources de rayons X ultralumineux (ULX) et du mouvement d’amas globulaires, jamais d’observation directe. Les astronomes ont découvert en 2009 un de ces candidats lumineux au bord de la galaxie ESO 243-49 à 290 millions d’années-lumière (ci-dessous).

NASA / ESA

« Une telle détection est essentielle », a déclaré l’auteur principal Sean Farrell de l’Université de Leicester en 2009. « Bien qu’il soit déjà connu que les trous noirs de masse stellaire sont les restes d’étoiles massives, les mécanismes de formation des trous noirs supermassifs sont encore inconnus. L’identification de HLX-1 est donc une étape importante vers une meilleure compréhension de la formation des trous noirs supermassifs qui existent au centre de la Voie lactée et d’autres galaxies.

«C’est une étape importante dans l’astronomie moderne et une étape personnelle après six ans de recherche intensive sur la chasse à ces trous noirs insaisissables», a déclaré Jani. « Le système que nous avons découvert est tellement bizarre qu’il rompt un certain nombre d’hypothèses précédentes sur la formation des trous noirs. » Il note que le processus de fabrication d’un IMBH est 500 fois plus rare que celui des trous noirs stellaires ou supermassifs – à égalité avec les chances d’intercepter une balle de golf tirée d’Argentine en plein vol avec une deuxième balle de golf tirée de Chine.

«Nous avons examiné tous les scénarios connus qui auraient créé ce trou noir, mais nous n’avons pas encore d’explication concluante», a-t-il conclu. «Ce que nous savons avec certitude, c’est que tout ce qui fait ce trou noir de masse intermédiaire est un processus beaucoup plus rare. Nous devrons en trouver beaucoup plus pour comprendre leurs origines. »