Les scientifiques ont commencé à élucider l'origine d'une collision cataclysmique entre deux trous noirs, qui semblent avoir connu leur destin sur une planète rarement observée. « écrasé » trajectoire orbitale.
L’événement de fusion de trous noirs binaires est l’un des rares événements repérés par les détecteurs du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-Unis et son homologue italien Virgo, avec des preuves d’une excentricité détectable – une forme orbitale plus ovale que circulaire à l’époque de sa fusion.
L'équipe internationale a utilisé des simulations de trois scénarios de formation possibles pour l'événement, connus sous le nom de GW200208_222617, concluant qu'il s'est probablement formé dans un système stellaire à trois corps ou dans un autre système densément peuplé comme un amas d'étoiles.
Leurs conclusions, présentées dans Examen physique Dpourrait aider les scientifiques à affiner leurs techniques pour identifier les origines évolutives des trous noirs binaires dans l'univers observable, en révélant davantage sur les environnements dans lesquels ces binaires se rencontrent et fusionnent.
L'auteur principal, le Dr Isobel Romero-Shaw, qui a récemment rejoint le Gravity Exploration Institute de l'Université de Cardiff après avoir mené des recherches à l'Université de Bristol et à l'Université de Cambridge, a déclaré : « Détecter avec confiance l’excentricité est crucial pour identifier comment se forment les trous noirs binaires que nous observons avec les ondes gravitationnelles.
« La plupart des binaires qui vivent ensemble depuis longtemps auront des orbites circulaires. Si l'orbite est écrasée ou excentrique, cela signifie soit que le binaire s'est lié relativement récemment – peut-être que les composants viennent tout juste de se rencontrer – soit que l'orbite a été poussée vers une excentricité plus élevée grâce à des interactions avec de la matière externe, comme un gaz ou un troisième objet.
« En comparant les propriétés de GW200208_222617 aux prédictions de simulations de trous noirs binaires évoluant en triples champs, amas d'étoiles denses et noyaux galactiques actifs, nous constatons qu'il est beaucoup plus probable qu'il se soit formé dans un triple champ ou un amas dense qu'un noyau galactique actif. »
L'événement, détecté dans le cadre de la troisième série d'observations de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, a été identifié par plusieurs groupes différents utilisant différentes techniques d'analyse comme contenant des preuves d'une excentricité orbitale détectable.
En examinant ses autres propriétés et en les comparant aux prédictions de divers canaux de formation, l’équipe a commencé à préciser comment ce binaire – et donc bien d’autres dans la population détectée – s’est très probablement formé.
« L'excentricité est la preuve irréfutable qu'un système binaire ne s'est pas formé de manière totalement isolée : s'il a évolué tout seul, il ne conserve pas d'excentricité détectable lorsqu'il est observé avec nos instruments actuels. » explique le Dr Romero-Shaw, qui fait partie de la cohorte 2025 sélectionnée pour les bourses Ernest Rutherford du Science and Technology Facilities Council.
« Ainsi, même si nous ne pouvons pas encore identifier exactement quelle chaîne a produit cette fusion, nous sommes convaincus que si elle est effectivement excentrique, elle n’a pas été formée de manière isolée. Et ainsi, cela commence à restreindre nos options. Cela a des implications pour le reste de la population, car seule une petite fraction des trous noirs binaires de chacun de ces canaux sera détectable excentrique.
« Cela signifie que si un seul événement excentrique est détecté avec certitude, de nombreux autres trous noirs binaires que nous avons observés ont probablement également évolué à travers le même canal de formation. Par exemple, si GW200208_222617 s'est effectivement formé dans un environnement de cluster dense, alors entre 7 % et 100 % du reste de la population s'est formé dans un environnement de cluster dense. »
L’équipe espère que leur étude motivera les modélisateurs de formes d’onde gravitationnelles à développer des modèles plus avancés, afin que des détections d’excentricité plus fiables puissent être obtenues et que les origines évolutives de ces types de trous noirs binaires puissent être confirmées.
