trou noir binaire

En 2015, les détecteurs LIGO ont pour la première fois capté les vibrations de l'espace provoquées par la fusion de deux trous noirs.

Deux toupies tournent si près l'une de l'autre qu'elles se frôlent presque. L'une est d'un bleu incandescent, l'autre d'un blanc terne. Ensemble, elles font un tour complet en vingt heures. C'est la paire Feige 64 : une étoile bleue d'un tiers de la masse du Soleil et une naine blanche — le noyau refroidi d'une ancienne étoile — une fois et demie plus lourde que notre astre.

Dans les fines couches d'un cristal de séléniure de tantale (TaSe₂) se cache une propriété qui défie la physique conventionnelle. Lorsque des atomes invités ont été ajoutés entre les couches de ce matériau, la structure a perdu son centre de symétrie — et une supraconductivité blindée est apparue à l'intérieur.

Au centre de notre Galaxie se trouve le trou noir supermassif Sagittarius A*. Si un compagnon invisible tourne à ses côtés, leur danse peut être repérée grâce à la lumière d'autres étoiles.

La collision de galaxies ressemble à une danse lente où deux partenaires se rapprochent progressivement. Au centre de chacune se cache un trou noir supermassif — un volant d'inertie invisible pesant des millions ou des milliards de soleils.

Un disque de gaz pesant quatre cent mille soleils ceint le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Son attraction agit comme un gouvernail gravitationnel : elle fait lentement mais inexorablement pivoter les orbites des étoiles binaires, les poussant vers une région où les forces de marée déchirent la paire.

1 799 kilomètres par seconde — c'est la vitesse à laquelle l'étoile S5-HVS1 quitte définitivement la galaxie. Il y a 4,8 millions d'années, elle a été éjectée du centre de la Voie lactée lors d'un passage très proche du trou noir supermassif Sgr A*.

L'Univers réécrit son histoire sans cesse. Là où l'astronomie classique ne voit qu'un point — un trou noir — les ondes gravitationnelles dévoilent les fines couches du passé, comme sur un ancien palimpseste.

Au cœur de presque chaque galaxie sommeille un trou noir supermassif — chef d'orchestre invisible de l'orchestre stellaire. Lorsque les galaxies entrent en collision, leurs monstres centraux se rapprochent, s'enlaçant dans une danse gravitationnelle.

Dans un système binaire serré, une étoile chaude, tel un projecteur, éclaire son compagnon plus froid. Une partie de la lumière est diffusée par les électrons libres de son atmosphère — c'est la diffusion de Thomson — et acquiert une polarisation linéaire.

Les détecteurs d'ondes gravitationnelles ont enregistré une impulsion étrange : le signal GW241011. Deux trous noirs ont fusionné, mais la paire semblait inhabituelle : l'un des trous était environ trois fois plus léger que l'autre, et l'ensemble du système tournait rapidement.

Pendant vingt-trois ans, Hubble et James Webb ont scruté le cœur d'Omega Centauri, un amas globulaire où des millions d'étoiles se pressent dans un espace d'environ cent cinquante années-lumière de diamètre.

Deux trous noirs tournent dans une danse lente, se rapprochant progressivement. Leur mouvement perturbe l'espace-temps lui-même, comme si deux boules lourdes roulaient sur un drap tendu, le faisant vibrer. Ces vibrations, nous les appelons ondes gravitationnelles.

Les vagues trient les galets sur une plage de sable. Les petits cailloux sont serrés les uns contre les autres, presque identiques en taille. Un peu plus loin du rivage, on trouve un mélange de plus gros et de plus variés. Et au bord de l'eau, là où les vagues sont les plus fortes, s'accumulent les plus gros blocs, bien arrondis.

Les paires de trous noirs dansent de trois façons différentes avant de fusionner. La première est une valse élégante : les objets tournent dans le même sens, comme des partenaires qui se regardent. Ces paires naissent d'étoiles binaires et ont souvent des masses inégales.

Deux trous noirs qui tournent l'un autour de l'autre se comportent comme un bateau qui rame avec des étoiles. Chaque étoile qui passe est rejetée, comme un coup de rame, et transmet de l'impulsion à la paire. On a longtemps pensé que cela ne faisait que rapprocher les trous noirs.

Un immense étang où se propagent des ondulations causées par deux lourdes pierres qui tournent l'une autour de l'autre. Les pierres se rapprochent, les ondulations deviennent plus fréquentes et plus fortes, et bientôt les pierres vont se heurter. Les ondes gravitationnelles sont comme ces ondulations, mais non pas sur l'eau, dans le tissu même de l'espace.

Les étoiles Be sont des astres en rotation rapide, dotés d'un disque de gaz brillant. En général, c'est une étoile compagne qui les fait tourner : en transférant de la matière, elle enroule l'étoile comme une balle dans un canon rayé. Mais il existe aussi des étoiles Be solitaires, sans compagnon — leur origine est longtemps restée une énigme.

La dernière moisson d'ondes gravitationnelles a apporté son lot de mystères. Les détecteurs LIGO, Virgo et KAGRA ont capté des dizaines de signaux provenant de fusions de trous noirs, et sur le graphique de leurs masses, un vide béant apparaît : les objets plus lourds que 45 Soleils sont presque inexistants, et ceux qui existent…

Un filet de pêche est tendu dans les profondeurs du cosmos. Lorsqu'une étoile massive meurt, elle laisse derrière elle un trou noir – un plomb dans ce filet. En général, ces plombs pèsent de quelques à des dizaines de masses solaires.

Deux étoiles tournent autour d'un centre commun, absorbant le gaz d'un nuage environnant. Autour de chaque étoile et autour de la paire entière se forment des disques de gaz en rotation. De ces disques, comme des tuyaux d'arrosage, jaillissent des jets. À l'intérieur des disques, le gaz est constamment brassé — c'est l'instabilité magnétorotationnelle.

Un trou noir peut tourmenter une étoile pendant des années, au lieu de la déchirer d'un coup. Les forces de marée, c'est quand la gravité du trou étire l'étoile : le côté proche est tiré plus fort que le côté lointain.

Deux trous noirs non rotatifs qui fusionnent produisent des ondes gravitationnelles — des ondulations dans la trame de l'espace-temps que captent des instruments développés avec la participation de Kip Thorne.

Le bourdonnement d'une place bondée : c'est ainsi que résonne le fond gravitationnel de l'Univers, capté par un réseau de pulsars — des étoiles qui pulsent avec la régularité d'une horloge. Dans ce vacarme se dissimulent les « empreintes » de paires de trous noirs qui tourbillonnent l'un autour de l'autre.

Lorsque deux galaxies entrent en collision, leurs trous noirs centraux entament une longue danse de rapprochement. Tant qu'ils n'ont pas fusionné en un seul, nous pouvons observer une paire de quasars — ces lueurs intenses qui s'allument lorsque les trous noirs absorbent du gaz et de la poussière.

Le corps glacé Arrokoth ressemble à un bonhomme de neige : deux sphères pressées l'une contre l'autre. De tels objets à deux têtes sont nombreux au-delà de l'orbite de Neptune, dans la ceinture de Kuiper. On a longtemps pensé qu'ils naissaient de la collision lente de deux corps distincts. Une nouvelle modélisation révèle une autre voie.

Un télescope à rayons X en orbite a enregistré pendant des années la lueur des systèmes binaires où une étoile ordinaire tourne autour d'un trou noir ou d'une étoile à neutrons. La matière de l'étoile compagne tombe sur l'objet compact, s'échauffe à des millions de degrés et émet des rayons X.

La lumière d'une galaxie lointaine voyage vers nous pendant des milliards d'années, mais en chemin, elle peut rencontrer un amas de galaxies massif. Sa gravité agit comme un verre déformant : elle courbe la trajectoire des rayons, et au lieu d'une seule image, nous en voyons plusieurs — parfois en arcs, parfois en points.

Deux trous noirs tournent l'un autour de l'autre, et leur danse ne ressemble pas toujours à une valse régulière. Si les trous noirs tournent sur leur axe, leur orbite peut commencer à culbuter — comme une toupie qu'on pousse et qui penche sur le côté tout en continuant à tourner.

Le 23 novembre 2023, les détecteurs LIGO, Virgo et KAGRA ont capté une onde gravitationnelle provenant de la fusion de deux trous noirs de masses 137 et 103 masses solaires.

En avril 2023, les détecteurs LIGO, Virgo et KAGRA ont capté une onde gravitationnelle provenant de la fusion de deux trous noirs. Avec des masses de 137 et 103 masses solaires, l'événement GW231123 est le plus massif jamais observé.