Effets de la matière noire sur la dynamique des trous noirs et les signaux d'ondes gravitationnelles.L'interaction entre les trous noirs et la matière noire désigne les différentes manières dont la matière noire peut influencer le comportement des trous noirs, et réciproquement. La matière noire, qui constitue environ 27 % de l'univers, n'émet pas de lumière mais interagit gravitationnellement. Lorsqu'un trou noir est plongé dans un halo de matière noire, celle-ci peut affecter le spin, la masse et les ondes gravitationnelles émises lors des fusions. Inversement, les trous noirs peuvent modifier la distribution de la matière noire autour d'eux, créant des pics de densité ou des zones de déplétion. Ces interactions offrent une fenêtre d'observation unique sur les propriétés de la matière noire, encore largement méconnues.
L'étude de l'effet de la matière noire sur les trous noirs a pris de l'ampleur dans les années 2000-2010, avec l'avènement de l'astronomie des ondes gravitationnelles et l'amélioration des modèles de matière noire. Les travaux antérieurs se concentraient sur les profils de densité de matière noire autour des trous noirs, mais le lien avec les signaux d'ondes gravitationnelles est un développement récent.
Les particules de matière noire passant près d'un trou noir peuvent être capturées ou diffusées, transférant de l'énergie et du moment cinétique. Cela peut ralentir ou accélérer la rotation du trou noir, selon la géométrie. Lors des fusions de trous noirs, la présence de matière noire peut modifier la phase de spirale, laissant une empreinte distincte sur le signal d'ondes gravitationnelles, comme un décalage de phase ou un changement dans l'évolution de la fréquence. De plus, la matière noire peut former un « pic » dense autour d'un trou noir, ce qui peut affecter l'ombre du trou noir et la lentille gravitationnelle de la lumière.
En analysant les signaux d'ondes gravitationnelles provenant des fusions de trous noirs, les scientifiques peuvent tester les modèles de matière noire, par exemple en recherchant la « traînée de matière noire » caractéristique qui ralentirait la spirale. Cela transforme LIGO et Virgo en détecteurs de matière noire.
La matière noire peut agir comme un « frein cosmique » sur les trous noirs en fusion, retardant légèrement la collision finale et modifiant le gazouillis des ondes gravitationnelles d'une manière qui pourrait être mesurée.
