Les astronomes découvrent que les trous noirs créés lors de fusions contiennent des informations sur leurs ancêtres

Les astronomes pensent qu’au cœur de la plupart, sinon de la totalité, des galaxies se trouve un trou noir titanesque dont la masse est des millions, voire des milliards de fois celle de notre soleil. Ces trous noirs supermassifs ne peuvent pas être créés directement par l’effondrement d’une étoile massive, comme c’est le cas des trous noirs de masse stellaire dont la masse est des dizaines de fois supérieure à celle du soleil, car aucune étoile n’est assez grande pour donner naissance à un objet aussi énorme.

Cela signifie qu’il doit exister des processus permettant aux trous noirs d’atteindre des masses aussi énormes. Même si la consommation de gaz, de poussière et même d'étoiles autour des trous noirs peut faciliter cette croissance, une voie plus rapide pour accumuler de la masse est une chaîne de fusions de trous noirs successivement de plus en plus grands.

Un article publié dans Physique des astroparticules par Imre Bartos et Oscar Barrera du Département de physique de l'Université de Floride détaille comment certains trous noirs « filles » créés lors de telles fusions pourraient transporter des informations sur les trous noirs « parents » qui sont entrés en collision pour les créer.

“Nous constatons que les trous noirs nés de la collision d'autres trous noirs transportent avec eux des informations sur les propriétés de leurs ancêtres, y compris la rotation de leurs ancêtres ainsi que leur masse”, explique Bartos. “Le nouvel objectif clé de nos recherches est la reconstruction des spins des trous noirs ancestraux, en s'appuyant sur des travaux antérieurs axés sur les masses des ancêtres.”

Les trous noirs ont très peu de caractéristiques pouvant être utilisées pour les différencier, possédant seulement des variations de masse, de moment cinétique ou de « spin » et de charge électrique. Le physicien théoricien John Wheeler de l'Université de Princeton, aux États-Unis, a décrit cela en disant que « les trous noirs n'ont pas de cheveux ». Bartos ajoute que même face à ces quelques caractéristiques et au « théorème sans cheveux », il est toujours possible d’utiliser la rotation d’un trou noir pour découvrir des détails sur son origine.

“Par exemple, les trous noirs se nourrissant du gaz environnant, ou les collisions précédentes de trous noirs “parents”, pourraient entraîner une rotation élevée, alors qu'à la naissance, suite à la mort et à l'effondrement des étoiles, les trous noirs ont souvent une rotation faible”, poursuit Bartos.

Pour mener leur étude, Bartos et Barrera ont utilisé une technique mathématique appelée inférence bayésienne, prenant les propriétés mesurées des trous noirs et leurs attentes préalables à leur égard comme entrées et produisant des distributions déduites des propriétés ancestrales des trous noirs. La recherche arrive à point nommé, car les physiciens utilisent de minuscules ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles pour en savoir plus sur les collisions et les fusions de trous noirs.

“Des observations récentes de fusions de trous noirs suggèrent la possibilité que les chaînes d'assemblage de trous noirs – des endroits où plusieurs trous noirs fusionnent consécutivement, formant ainsi des trous noirs de plus en plus lourds – pourraient être courantes dans l'univers.

“Cela soulève la question de savoir comment nous pouvons récupérer les propriétés des trous noirs ancestraux à partir de mesures de dernière génération”, explique Bartos. “Je suis fasciné par l'histoire policière consistant à découvrir ce qui est arrivé à ces trous noirs dans le passé et à y trouver les empreintes digitales des générations précédentes.”