Jumeaux trous noirs : les légers paressent, les lourds tournent comme des toupies express
Deux patineurs tournent sur la glace. L'un, léger et prudent, tourne à peine. L'autre, massif et rapide, tourne à toute allure, et même dans des directions différentes. C'est à peu près le tableau que dressent les ondes gravitationnelles émises lors de la fusion de trous noirs.
Les scientifiques ont analysé les données du quatrième catalogue LIGO–Virgo–KAGRA et ont découvert que la vitesse de rotation des trous noirs dans une paire dépend fortement de leur masse. Les trous noirs légers – jusqu'à 35–50 masses solaires – tournent à peine : leur spin (mesure de la rotation) ne dépasse pas 0,2 du maximum possible. Les lourds, à partir de 70 masses solaires et plus, tournent à plein régime – en moyenne environ 0,7 de la limite, et souvent de manière asymétrique : l'un des trous noirs de la paire peut tourner rapidement, tandis que l'autre tourne nettement plus lentement.
La rotation lente des trous noirs légers s'inscrit dans le scénario où les deux étoiles sont nées ensemble et ont mené une vie tranquille, sans acquérir de rotation supplémentaire. La rotation rapide et asymétrique des trous noirs lourds ressemble davantage au résultat de fusions répétées dans des amas stellaires denses ou à des captures chaotiques. Cependant, le signe clair attendu des fusions « hiérarchiques » – où l'un des trous noirs tourne toujours plus vite que l'autre – n'apparaît pas dans les données. La nature se révèle, une fois de plus, plus complexe.
Ce portrait de la rotation constitue une nouvelle cible pour les théoriciens. Désormais, les modèles de formation des trous noirs binaires doivent expliquer non seulement les masses, mais aussi la manière dont ces masses sont liées à la rotation de chaque trou noir individuellement.
Le spin d'un trou noir se mesure par un nombre allant de 0 à 1. Un trou noir avec un spin maximal de 1 tourne si vite que son horizon des événements se déplace presque à la vitesse de la lumière.
Dans le film « Interstellar », le trou noir supermassif Gargantua tourne presque à son spin maximal, ce qui crée une dilatation du temps extrême sur la planète Miller.