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Si les astronomes soupçonnaient depuis longtemps que la fusion de deux trous noirs pouvait engendrer une augmentation substantielle de la vitesse du monstre cosmique en résultant, ils ont finalement été en mesure de le confirmer.

Une collision monstrueuse

Vijay Varma et ses collègues de l’Institut Max Planck ont découvert ce trou noir en mouvement rapide en réexaminant les données collectées par les observatoires LIGO (États-Unis) et VIRGO (Italie), mesurant les ondes gravitationnelles, ou ondulations de l’espace-temps causées par les mouvements d’objets massifs, grâce à des interféromètres laser. Leurs travaux ont été pré-publiés sur le serveur arXiv.

Nommé GW200129, le signal étudié provient de deux trous noirs en orbite l’un autour de l’autre à des milliards d’années-lumière de la Terre et s’étant progressivement rapprochés jusqu’à entrer en collision pour former un monstre cosmique massif. L’équipe a découvert qu’avant la fusion, leurs axes de rotation n’étaient pas alignés, suggérant que le duo se soit formé dans un environnement encombré, comme un amas globulaire (groupe dense de vieilles étoiles).

Ce désalignement a également conditionné la destinée du trou noir résiduel : Lorsque de tels objets fusionnent, l’élan conservé par la rotation doit aller quelque part, et finit par se répartir entre les ondes gravitationnelles émises lors de leur collision et le trou noir final.

Animation montrant la fusion de deux trous noirs

« On peut comparer ce phénomène au tir d’un canon, qui recule dans la direction opposée quand le boulet part », explique Davide Gerosa, de l’université de Milan-Bicocca, en Italie. « Lorsque les trous noirs émettent des ondes gravitationnelles, ils transportent un certain momentum linéaire. Les ondes gravitationnelles sont le boulet et le trou noir qui en résulte le canon. »

Entre 700 et 1 500 kilomètres par seconde

Alors que de précédentes simulations avaient déterminé que cet effet « coup de pied » devait permettre aux trous noirs post-fusion d’atteindre des vitesses de plusieurs milliers de kilomètres par seconde (suffisantes pour les éjecter hors de leur galaxie hôte), Varma et ses collègues ont calculé que la vitesse de l’objet final était comprise entre 700 et 1 500 kilomètres par seconde.

Le fait que les monstres cosmiques se formant à la suite de telles collisions puissent s’éloigner du centre galactique a d’importantes implications astrophysiques. Si l’objet quitte l’environnement encombré où il est né, il ne sera en effet plus là pour participer à d’autres fusions de trous noirs, ce qui complique la compréhension des origines de certains des plus grands trous noirs repérés par LIGO, qui devraient théoriquement résulter de plusieurs fusions successives.

Si cela implique également que l’Univers soit rempli de trous noirs se déplaçant à des vitesses extrêmes, les chances que de tels objets soient amenés à engloutir notre planète sont quasiment inexistantes, en raison de la distance écrasante à laquelle ils se trouvent.

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