Des physiciens retracent le premier trou noir errant jusqu’à une fusion violente

Des chercheurs ont reconstitué la violente fusion qui a éjecté un trou noir supermassif de sa galaxie hôte à près de 1 000 kilomètres par seconde, marquant le premier cas observé d'un phénomène prédit depuis longtemps par la relativité générale.

L'étude, publiée dans Physical Review Letters par des physiciens de l'UC Santa Barbara et de l'Université du Texas à Austin, reconstitue comment deux trous noirs supermassifs sont entrés en collision et ont produit des ondes gravitationnelles asymétriques assez puissantes pour lancer le trou noir fusionné résultant dans l'espace intergalactique "comme le recul d'un canon", selon le co-auteur Tejaswi Venumadhav, professeur associé au département de physique de l'UCSB.eurekalert

Reconstitution de la collision

L'objet en question, désigné RBH-1, a été repéré pour la première fois en septembre 2022 lorsque des astronomes ont remarqué une fine ligne s'étendant sur plus de 202 000 années-lumière depuis le centre d'une galaxie située à environ 7,5 milliards d'années-lumière de la Terre. Des observations de suivi avec le télescope spatial James Webb en 2025 ont confirmé que la traînée était constituée de jeunes étoiles bleues se formant dans le sillage du trou noir alors qu'il traverse le gaz intergalactique.news.ucsb

Pour expliquer cette vitesse extrême, l'équipe a simulé des centaines de milliers de fusions hypothétiques de trous noirs. Une simple collision entre deux trous noirs sans rotation ne pourrait produire qu'un recul d'environ 200 kilomètres par seconde, bien loin de ce qui a été observé. Les simulations ont plutôt pointé vers deux trous noirs de masse similaire, le plus lourd tournant à 70 à 75 pour cent du taux maximal autorisé par la relativité générale, son axe de rotation étant incliné et précessant comme une toupie vacillante.eurekalert

"J'ai d'abord été surpris par l'aspect extrême de la chose", a déclaré Venumadhav, "mais j'ai ensuite réalisé que cela devait probablement être le cas pour produire la caractéristique spectaculaire visible dans les télescopes".eurekalert

Un registre fossile de l'histoire galactique

La fusion révèle également que l'origine de RBH-1 impliquait la collision de deux galaxies, la plus grande n'étant pas plus de quatre fois plus massive que la plus petite. La galaxie combinée résultante, appelée GX, s'était déjà réorganisée pendant environ 70 millions d'années avant que les trous noirs ne fusionnent finalement.bioengineer

L'auteur principal, Tousif Islam, chercheur postdoctoral à l'Institut Kavli de physique théorique de l'UCSB, a noté que la relativité générale prédit que 5 à 10 pour cent des fusions de trous noirs supermassifs devraient produire de grands reculs, mais RBH-1 est le premier objet observé à correspondre à ce profil. "Maintenant que nous avons le JWST, c'est, espérons-le, la première de nombreuses observations de ce type", a déclaré Islam.eurekalert

Relier la lumière et les ondes gravitationnelles

Les résultats ont des implications directes pour la future antenne spatiale à interféromètre laser, ou LISA, un observatoire spatial conçu pour détecter les ondes gravitationnelles à basse fréquence produites par les fusions de trous noirs supermassifs, des fréquences trop basses pour les détecteurs au sol comme LIGO et Virgo. "Cela relie ce que les télescopes voient à ce que LISA entendra", a déclaré Venumadhav.eurekalert