Projet COSMERGE : La fusion des tous noirs, une danse gravitationnelle
Depuis une petite dizaine d’années, une révolution est en marche dans le monde de l’astronomie : nous pouvons non seulement voir l’univers avec des télescopes, mais également l’écouter avec des détecteurs d’ondes gravitationnelles. Ces détecteurs peuvent mesurer la fusion de trous noirs aux confins de l’Univers. Les trous noirs sont les restes des étoiles qui sont au moins 20 fois plus lourdes que le Soleil à la naissance. Ces étoiles très massives sont très importantes dans l’Univers, mais elles sont très rares. Moins d’une étoile sur 10 000 est assez lourde pour finir sa vie en trou noir. En plus ces étoiles ne vivent que très peu de temps, moins d’un million d’années, soit mille fois moins longtemps que notre Soleil. Quand on lève les yeux au ciel, on voit donc très peu de ces étoiles. Étudier la fusion des trous noirs est donc un moyen nouveau d’étudier ces étoiles.
Environ une centaine de fusions de trous noirs ont été observées par la collaboration internationale LIGO/Virgo/KAGRA. Avec ces observations, on voit une grande diversité de trous noirs, et notamment beaucoup de trous noirs vraiment massifs, et les scientifiques ne s’attendaient pas à ça. Le projet COSMERGE vise à comprendre comment les étoiles se sont formées et ont évolué à deux, ou plusieurs, pour finir leur vie en trous noirs en fusion.
Il existe deux hypothèses majeures pour expliquer les fusions de trous noirs :
- soit deux étoiles massives se sont formées proches l’une de l’autre et ont évolué ensemble pour donner des trous noirs très proches, on parle alors de système binaire.
- soit les étoiles se sont formées dans un amas, qui sont des endroits particuliers où jusqu’à un million d’étoiles sont très proches les unes de autres, et des paires de trous noirs peuvent se former au hasard des « rencontres ».
À l’heure actuelle, on ne sait pas vraiment quel est le moyen de formation privilégié et cela est en partie dû à la difficulté de créer des bons modèles qu’on peut raisonnablement comparer entre eux.
L'équipe de recherche a donc développé un premier modèle cohérent qui permet de prédire les fusions dans les binaires et dans les amas en se basant sur les mêmes processus physiques de formation des étoiles et d’évolution. Ils ont également développé des méthodes de comparaison statistiques pour pouvoir comparer les modèles aux futures observations et déterminer quelle est la fraction issue de chaque canal. Il semble que les deux modèles sont présents dans l’Univers, et l'équipe espère bientôt raffiner ce résultat avec les futures données de la collaboration LIGO/Virgo/KAGRA. Ces scientifiques sont membres de cette collaboration de plus de 2000 personnes dans le monde, et plus d’une centaine de nouvelles observations seront communiquées au public dans l’année qui vient.
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