Dix ans après que les scientifiques ont détecté les vagues gravitationnelles émergeant de deux trous noirs en collision, la collaboration Ligo-Virgo-Kagra, une équipe de recherche qui comprend le professeur d'astronomie de Columbia, Maximiliano ISI, a enregistré un signal d'une collision de trou noir presque identique.
Les améliorations de la technologie de détection ont permis aux chercheurs de voir les trous noirs presque quatre fois plus clairement qu'ils le pouvaient il y a dix ans, et de confirmer deux prédictions importantes: que la fusion des trous noirs ne se développera ou ne reste plus que la taille de la taille stable – comme le prédit Stephen Hawking – et que, lorsqu'ils sont perturbés, ils sonnent comme une cloche, comme le prédisent la théorie d'Albert Einstein de la relativité générale.
« Ce signal sans précédent clair de la fusion de trou noir connu sous le nom de GW250114 met à l'épreuve certaines de nos conjectures les plus importantes sur les trous noirs et les ondes gravitationnelles », a déclaré ISI.
En 1971, Stephen Hawking a prédit que l'horizon des événements d'un trou noir – sa frontière extérieure, au-delà de laquelle rien, y compris la lumière, ne peut s'échapper – ne pouvait jamais diminuer en taille.
En 2021, en utilisant les données du détecteur d'ondes gravitationnelles Ligo, ISI et ses collaborateurs ont étudié les ondes gravitationnelles – ondulations d'énergie haute dans le tissu de l'espace-temps – émises par la collision de deux trous noirs fusionnant pour confirmer observationnellement la théorie de Hawking. Le New York Times a écrit à l'époque que si la confirmation d'ISI était arrivée avant le décès de Hawking, cela l'a peut-être aidé à gagner le prix Nobel.
Les nouveaux résultats, publiés dans Lettres d'examen physiqueConfirmez ce résultat antérieur avec une précision beaucoup plus élevée, offrant des preuves supplémentaires que la surface d'un trou noir fusionné n'est jamais moins que la somme des deux trous noirs initiaux qui l'ont créé. Le nouveau document a pu atteindre cette précision sans précédent en utilisant des données des deux détecteurs LIGO, dont l'un est situé dans l'État de Washington et l'autre en Louisiane.
Les chercheurs ont également pu isoler et analyser les ondes gravitationnelles émises par les trous noirs après avoir fusionné. En mesurant la hauteur et la durée des vagues, ils ont pu apprendre plus de détails sur la structure et les propriétés du trou noir fusionné. (Le processus fonctionne à peu près de la même manière que l'analyse de la hauteur d'un son émis par un instrument creux peut vous parler de la taille et de la forme de l'instrument et de l'objet qui l'a frappé.)
Les chercheurs ont confirmé que le trou noir fusionné était conforme à ce que l'on appelle un «trou noir Kerr». Le mathématicien Roy Kerr, travaillant dans les années 1960, a résolu les équations de l'espace-temps d'Einstein, posant une solution mathématique détaillée de la gravité, de l'espace et du temps exact d'un trou noir.
Les physiciens croient que tous les trous noirs doivent être décrits par la solution de Kerr, mais confirmer que cela est célèbre. En étudiant les vibrations du dernier trou noir dans ce signal exceptionnellement clair, ISI et la collaboration LIGO ont obtenu la preuve la plus directe que les trous noirs se comportent comme Kerr prédit.
« Au cours de la prochaine décennie, des détecteurs d'ondes gravitationnels comme Ligo continueront de s'améliorer, nous donnant une vision plus nette des trous noirs et de leurs mystères », a déclaré ISI, « j'ai hâte de voir ce que nous découvrons. »
