San Francisco Frontiers - Trous noirs: Einstein et Hawking confirmés de nouveau par les avancées technologiques

Il y a dix ans, des scientifiques du LIGO (Observatoire d'ondes gravitationnelles par interférométrie, aux Etats-Unis) ont reçu des signaux provenant d'une fusion de trous noirs, des murmures venus du cosmos qui n'avaient jamais été captés auparavant.

Cette première détection directe d'ondes gravitationnelles leur a valu un prix Nobel à peine deux ans plus tard. Ces infimes perturbations de la trame de l'espace-temps sous l'effet du déplacement d'un objet massif avaient été prédites dès 1916 par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale.

Le célèbre physicien avait lui-même plusieurs fois douté de sa découverte, avant que les ondes gravitationnelles ne soient définitivement admises comme entité physique existante, en 1957, grâce aux travaux de Felix Pirani et Hermann Bondi, et captées pour la première fois, donc, en 2015.

Le 14 janvier dernier, LIGO a de nouveau capté des ondes gravitationnelles, indique mercredi la Physical Review Letters.

Plus vraiment une surprise: les progrès technologiques ont considérablement amélioré la captation de ces signaux.

En plus de ses détecteurs à Handford, dans l'Etat de Washington, et de Livingston en Louisiane, LIGO a noué des partenariats internationaux avec les projets Virgo, en Italie, et KAGRA au Japon, pour former le groupement LVK.

Désormais, LVK observe en moyenne une fusion de trous noirs tous les trois jours.

- La surface de la Suède -

Celle du 14 janvier 2025 (baptisée GW250114) a offert de grandes similitudes avec celle du 14 septembre 2015 - l'historique première - par les masses de matière concernées par la fusion (entre 30 à 40 fois celle du Soleil) et la distance à laquelle ces fusions ont eu lieu (1,3 milliard d'années-lumière).

Mais les avancées technologiques ont permis de réduire considérablement les bruits parasites autour du signal, confirmant une autre théorie historique, celle de Stephen Hawking en 1971.

Le physicien britannique avait émis l'hypothèse que la fusion de deux trous noirs engendrait une entité dont la surface totale était a minima égale à celle des deux trous noirs précédents additionnés.

Ce fut bien le cas dans les observations du 14 janvier dernier: la surface totale des deux trous noirs séparés était équivalente à celle du Royaume-Uni (240.000 km2). En fusionnant, ils ont donné naissance à une entité d'une surface proche de celle de la Suède (400.000 km2).

Les chercheurs ont pu mesurer avec précision les détails de la phase de +ringdown+ - la phase qui suit la fusion de deux trous noirs - ce qui leur a permis de calculer la masse et la vitesse de rotation du trou noir, puis de déterminer sa surface.

Leurs observations sont également cohérentes avec les résultats prédits en 1963 par le Néo-Zélandais Roy Kerr, qui a décrit mathématiquement ce que devait être la gravité, l'espace et le temps d'un trou noir en rotation conformément à la théorie d'Einstein.

Il avait établi qu'un trou noir en rotation était uniquement défini par deux données, sa masse et sa vitesse de rotation, ce qui en faisait un objet unique dans l'espace.

Dans les années à venir, les chercheurs de LVK espèrent affiner encore leurs outils, avec notamment la construction d'un nouveau détecteur d'ondes gravitationnelles en Inde.

J.Peterson--SFF