L’exemple le plus extrême de précession de l’axe d’un trou noir jamais détecté

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Les scientifiques ont identifié un mouvement de torsion particulier dans les orbites de deux trous noirs en collision, un phénomène exotique prédit par la théorie de la gravité d’Einstein.

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Leur recherche, publiée dans Nature et dirigée par le professeur Mark Hannam, le docteur Charlie Hoy et le docteur Jonathan Thompson, indique que c’est la première fois que cet effet, connu sous le nom de précession, a été observé dans des trous noirs où la torsion est 10 milliards de fois plus rapide que dans les observations précédentes.

Le système binaire de trous noirs a été découvert grâce à leur émission d’ondes gravitationnelles au début de 2020, à l’aide des détecteurs LIGO et Virgo. L’un des trous noirs, 40 fois plus massif que le Soleil, est probablement le trou noir qui tourne le plus vite qui ait été découvert grâce aux ondes gravitationnelles. Et contrairement à toutes les observations précédentes, le trou noir en rotation rapide a tellement déformé l’espace et le temps que l’orbite entière du système binaire a basculé d’avant en arrière.

La théorie générale de la relativité d’Einstein

Cette forme de précession est caractéristique de la théorie générale de la relativité d’Einstein. Ces résultats confirment son existence dans l’événement physique le plus extrême que nous puissions observer – la collision de deux trous noirs.

Un exemple plus banal de précession est le vacillement d’une toupie, qui peut osciller – ou précéder – une fois toutes les quelques secondes. En revanche, la précession dans l’OTW est généralement un effet si faible qu’il est imperceptible. Dans l’exemple le plus rapide mesuré précédemment sur des étoiles à neutrons en orbite, appelées pulsars doubles, la précession orbitale a duré plus de 75 ans. Le trou noir double de cette étude, communément appelé GW200129 (du nom de la date à laquelle il a été observé, le 29 janvier 2020) précède plusieurs fois par seconde – un effet 10 milliards de fois plus fort que celui mesuré précédemment.

Une découverte difficile

Le Dr Jonathan Thompson a expliqué : Il s’agit d’un effet très difficile à identifier. Les ondes gravitationnelles sont extrêmement faibles et leur détection nécessite l’instrument de mesure le plus sensible qui soit. La précession est un effet encore plus faible, caché dans un signal déjà faible, et nous avons donc dû procéder à une analyse approfondie pour le découvrir.

Le réseau international de détecteurs d’ondes gravitationnelles est actuellement en cours de modernisation et commencera son prochain balayage de l’Univers en 2023. Ceux-ci sont susceptibles de trouver des centaines d’autres trous noirs en collision et diront aux scientifiques si GW200129 était une exception rare ou un signe que notre Univers est encore plus étrange qu’ils ne le pensaient.

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