Des trous noirs jumeaux issus de la découverte d'ondes gravitationnelles pourraient être nés d'une seule étoile

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Si l'on peut dire qu'il existe une «sagesse conventionnelle» à propos des trous noirs binaires, alors la sagesse conventionnelle est qu'ils se forment lorsqu'un trou noir croise le chemin d'un autre. Chacun crée un puits de gravité extrêmement large et profond, et chacun attrape l'autre en passant. Ils tombent dans une orbite dégénérée - ils s'enroulent l'un vers l'autre, se déplacent de plus en plus vite et finissent par fusionner. Les derniers instants de ce processus, alors que les trous noirs commencent à orbiter près de la moitié de la vitesse de la lumière et finissent par fusionner, produisent des ondes gravitationnelles comme celles détectées plus tôt ce mois-ci.

Mais maintenant, nouvelle preuve du télescope spatial Fermi montre que les ondes gravitationnelles qui ont tant excité les physiciens peuvent en fait être encore plus nouvelles qu'on ne le croyait auparavant. Plutôt que d'alléguer que les deux trous noirs observés GW150914 originaires de zones de l'espace totalement indépendantes, la nouvelle théorie suggère qu'ils sont tous deux nés frères et sœurs du même parent stellaire.



Ondes gravitationnellesComment cela pourrait-il arriver? Eh bien, l'idée est qu'il y a encore un modèle de rencontre dans l'espace à l'œuvre ici, mais que les corps qui se sont rencontrés n'étaient pas des trous noirs, mais des étoiles très massives. Ces étoiles se sont attrapées et ont tourné vers l'intérieur de plus en plus vite, finissant par fusionner pour former une nouvelle étoile super massive qui tournait elle-même toujours à une vitesse inimaginable.





Si l'étoile était à la fois assez grande et tournait assez vite, son noyau pourrait s'allonger en une forme d'haltère rugueuse et éventuellement se séparer en deux corps. à l'intérieur la seule étoile active. Chacun de ces noyaux jumeaux pourrait alors subir son propre effondrement du cœur et former un trou noir - qui serait toujours en orbite autour de son frère rapidement, comme l'impliquait la découverte des ondes gravitationnelles.

Ces deux trous noirs sont donc nés physiquement incroyablement proches l'un de l'autre - peut-être aussi proches que le diamètre de la Terre! La seule raison pour laquelle ils n’ont pas fusionné instantanément est la force d’inertie extérieure causée par leurs vitesses orbitales flexibles dans le temps. Mais ils ont probablement encore fusionné très rapidement, probablement de l'ordre de quelques minutes.



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Visualisation par l’équipe de LIGO des ondes de gravité causées par deux trous noirs en orbite rapide dans un système binaire.



La preuve réelle recueillie par Fermi était un sursaut de rayons gamma, une explosion de rayonnement de haute énergie que nous ne nous attendrions pas à voir si cela s'était joué comme un événement «sombre» sans la capacité de libérer une énergie significative sous forme de lumière, comme on le croyait auparavant. Selon les chercheurs, l'explication la plus probable de cette observation inattendue est que les trous noirs sont nés incroyablement près les uns des autres.

C'est parce que la cause de ces types de sursauts gamma survient lorsqu'un trou noir engloutit d'énormes quantités de matière stellaire, le genre de chose que vous voyez après le naissance d'un trou noir, pas la fusion de deux qui existent déjà. Dans ce cas, parce que les deux trous noirs ont fusionné si rapidement après leur formation, il y avait encore beaucoup d'étoiles qui traînaient de leur formation d'origine à aspirer. La seule façon dont l'événement aurait pu créer le sursaut gamma observé par Fermi et les ondes gravitationnelles observées par LIGO indiquent si le trou noir engloutissait environ la valeur d’un Soleil de cette matière stellaire restante par seconde.



Les ondes gravitationnelles détectées à partir de GW150914 continueront de porter leurs fruits. Vous avez probablement entendu dire que les ondes gravitationnelles pourraient présenter un tout nouveau jour pour l'astronomie - eh bien, c'est ce dont elles parlent. Sans lumière pour les aider à apprendre, les astronomes ont dû se tourner vers la gravité pour scruter le fonctionnement des trous noirs. Les spécificités des ondes gravitationnelles détectées lors de la fusion de deux trous noirs peuvent indiquer aux astronomes comment cette fusion s'est déroulée, ce qui peut à son tour leur en dire long sur le fonctionnement (ou non) de la physique dans une singularité.