00:00Dans les profondeurs du cosmos, un phénomène étrange se prépare.
00:04Deux trous noirs entrent en collision,
00:06propageant des ondes à travers la trame même de l'espace-temps.
00:09Pourtant, un secret semble dissimuler dans ce bourdonnement gravitationnel.
00:13Serait-ce un indice que les fusions de trous noirs sont bien plus complexes
00:17et fascinantes qu'on ne l'avait jamais imaginé ?
00:20Les chercheurs pensent avoir capté quelque chose d'inédit.
00:23Un troisième trou noir présent lors d'une collision entre deux autres.
00:28Habituellement, lorsque deux trous noirs s'entrechoquent,
00:31ils produisent un bourdonnement de fond.
00:33Mais lors d'un événement observé en 2019,
00:36un signal étrange s'est glissé dans ce murmure cosmique.
00:39On aurait dit que la paire accélérait d'une manière inexplicable.
00:43À moins qu'un troisième trou noir, en orbite proche,
00:47ne soit venu troubler le système.
00:49Ce serait peut-être la toute première preuve directe
00:52de la présence d'un troisième objet compact au cœur d'une fusion de trous noirs.
00:57Lorsque deux trous noirs demeurent liés dans une orbite très rapprochée,
01:01on parle de trous noirs binaires.
01:03À l'image des trous noirs ordinaires,
01:06ces systèmes existent sous deux formes principales.
01:09Le premier type correspond au binaire de masse stellaire,
01:13né de la mort simultanée de deux étoiles massives,
01:16à la manière de Roméo et Juliette,
01:18ou de la capture mutuelle de deux trous noirs isolés.
01:22Le second type est celui des trous noirs binaires supermassifs,
01:26que les scientifiques pensent se former lors de la fusion de galaxies entières.
01:31La première preuve directe de l'existence de trous noirs binaires de masse stellaire
01:35remonte à 2015,
01:37lorsque l'ego détecta des ondes gravitationnelles issues d'une collision majeure.
01:42Cette découverte confirma non seulement leur existence,
01:45mais aussi leur capacité à fusionner.
01:47Malheureusement,
01:48les preuves de l'existence de paires de trous noirs supermassifs
01:51demeurent pour l'instant purement indirectes.
01:54Les astronomes ont observé certaines galaxies
01:56semblant posséder deux noyaux,
01:58ce qui indiquerait que chacun abrite son propre trou noir.
02:02D'autres paraissent renfermer deux trous noirs
02:04dissimulés au sein d'un unique noyau.
02:06Certains centres galactiques émettent même des éclairs de lumière périodiques,
02:10peut-être causés par un gigantesque objet en orbite
02:13autour d'un trou noir.
02:14De plus, certaines galaxies présentent des mouvements atypiques,
02:19laissant soupçonner la présence d'un système binaire supermassif.
02:23Ainsi, la galaxie abrite un trou noir
02:25dont le déplacement semble anormal,
02:28signe possible d'une fusion ou d'un couple gravitationnel.
02:32Quant au quasar,
02:34il paraît abriter deux trous noirs
02:35orbitant l'un autour de l'autre tous les 1900 jours.
02:39Les trous noirs binaires se forment de la manière suivante.
02:42Lorsque deux galaxies se heurtent,
02:45leurs trous noirs centraux
02:46n'entrent pas immédiatement en collision.
02:49Au contraire,
02:50ils se croisent sur de larges trajectoires,
02:53sauf si un mécanisme vient les ralentir.
02:56Ce phénomène, appelé friction dynamique,
02:59se produit lorsqu'un trou noir passe près des toiles
03:02et leur transfère une partie de son énergie en les propulsant.
03:05A force de ces rencontres,
03:07les deux trous noirs perdent progressivement de leur vitesse
03:10jusqu'à se retrouver piégés dans une orbite commune,
03:14donnant naissance à un système binaire.
03:16Dans un premier temps,
03:18ce mécanisme est assez efficace.
03:20Mais à mesure que les deux astres se rapprochent,
03:22ils finissent par éjecter les étoiles et le gaz alentour.
03:25Privés de matière pour les freiner davantage,
03:28ils atteignent une phase de stagnation.
03:31Leur propre gravité peut ensuite les faire spiraler
03:34l'un vers l'autre,
03:35mais seulement lorsqu'ils deviennent extrêmement proches.
03:39La question demeure donc,
03:41comment franchissent-ils cette ultime étape ?
03:44Il se peut que du gaz ou des étoiles dérivent suffisamment près
03:48et qu'à chaque passage,
03:50une étoile éjectée emporte une part d'énergie du système.
03:54Une autre hypothèse évoque le rôle de la matière noire,
03:58cette substance invisible et hypothétique
04:00qui n'interagit ni avec la lumière ni avec les ondes électromagnétiques.
04:05Il existe une hypothèse encore plus spectaculaire,
04:08celle où un troisième trou noir supermassif
04:10viendrait s'ajouter au système.
04:12Cela pourrait se produire si la galaxie abritant déjà une paire
04:15entrait à son tour en collision avec une autre.
04:18Trois trous noirs réunis engendreraient des orbites chaotiques,
04:21ouvrant deux nouveaux mécanismes de perte d'énergie.
04:24D'une part,
04:25ils parcouraient une portion plus vaste de la galaxie,
04:27entrant en interaction avec davantage de matière
04:30et ralentissant leur course.
04:32D'autre part,
04:33leur trajectoire s'allongerait en de grandes ellipses,
04:35et en se frôlant de près,
04:37ils perdraient encore plus d'énergie
04:39sous forme d'ondes gravitationnelles.
04:41Cette troisième possibilité vient-elle d'être confirmée ?
04:44Nous y reviendrons un peu plus tard.
04:47Commençons par observer de près la vie d'un trou noir binaire
04:50afin de mieux comprendre les étapes de ce processus.
04:53La première phase est appelée un spirale.
04:56C'est le moment où deux trous noirs gravitent lentement l'un autour de l'autre,
05:00tandis que leur orbite se contracte progressivement.
05:03À mesure qu'ils se rapprochent,
05:05leur rotation s'accélère
05:06et les ondes gravitationnelles qu'ils émettent
05:09gagnent en intensité.
05:11Finalement,
05:12ils atteignent ce qu'on nomme
05:13l'orbite circulaire stable interne,
05:15la dernière trajectoire sûre
05:17avant l'enchaînement fatal.
05:19Au-delà de ce point,
05:21le mouvement s'emballe,
05:23l'orbite devient instable,
05:24et les deux astres se précipitent l'un vers l'autre.
05:27Lorsqu'ils se heurtent et fusionnent,
05:30les ondes gravitationnelles atteignent leur apogée.
05:33C'est le moment le plus intense
05:34et spectaculaire de toute la séquence.
05:37Juste après la fusion,
05:38le nouveau trou noir demeure instable.
05:41Il est déformé,
05:42étiré,
05:42encore désordonné.
05:44Il traverse alors une phase appelée ring-down.
05:47Durant cette étape,
05:48il dissipe ses irrégularités
05:49et adopte peu à peu
05:50une forme régulière et équilibrée.
05:53Ce processus s'accompagne
05:54d'une émission d'ondes gravitationnelles
05:56comparables,
05:57d'un point de vue mathématique,
05:58à l'écho qui s'éteint
05:59après le teintement d'une cloche.
06:01À mesure que cet écho s'affaiblit,
06:03les ondes perdent de leur intensité,
06:05signe que le trou noir
06:06retrouve enfin son calme,
06:08sa symétrie
06:08et sa stabilité.
06:10Depuis 2015,
06:12date de la première détection
06:13d'ondes gravitationnelles,
06:15les scientifiques
06:16ont enregistré
06:17quelques 300 collisions
06:18de trous noirs
06:19repérés grâce aux ondulations
06:21qu'elles impriment
06:21à travers l'espace-temps.
06:24L'analyse de ces signaux
06:25permet d'estimer
06:26la taille des trous noirs
06:27impliqués.
06:28Parfois,
06:29les observations
06:30laissent apparaître
06:30des fusions hiérarchiques.
06:33Cela signifie simplement
06:33que des trous noirs
06:34issus de précédentes fusions
06:36se recombinent,
06:37bâtissant progressivement
06:38des objets
06:38toujours plus massifs.
06:40Voici pourquoi
06:40cette question revêt
06:41une telle importance.
06:43Les trous noirs
06:43issus d'étoiles
06:44ne peuvent atteindre
06:46qu'une taille limitée.
06:47Lorsqu'une étoile géante
06:48achève sa vie,
06:50elle explose en supernova.
06:52Si sa masse
06:53reste en dessous
06:53d'un certain seuil,
06:55ses couches externes
06:56sont expulsées
06:56et son cœur s'effondre
06:58pour former un trou noir.
07:00Mais si l'étoile
07:01est trop massive,
07:02l'explosion
07:03la désintègre
07:04entièrement,
07:05ne laissant derrière
07:06elle que des débris.
07:08Ainsi,
07:08lorsqu'un trou noir
07:10excède cette limite
07:11de masse,
07:11les astronomes
07:12en conclument
07:13qu'il ne provient
07:13sans doute pas
07:14directement d'une étoile,
07:15mais plutôt de la fusion
07:16de trous noirs
07:17plus anciens.
07:19Revenons à présent
07:20à l'événement
07:20qui a ouvert notre récit.
07:22Cette collision
07:22n'a pas franchi
07:23la limite de masse.
07:24Au contraire,
07:25elle a présenté
07:26un cas singulier.
07:27L'un des trous noirs
07:29était minuscule
07:30selon les critères
07:31habituels,
07:31environ 2,6 fois
07:34la masse du Soleil,
07:35si petit,
07:36qu'il se trouvait
07:37à la frontière
07:38entre trou noir
07:39et étoile à neutrons.
07:41L'autre,
07:42en revanche,
07:43atteignait environ
07:4423 masses solaires,
07:46soit presque
07:4710 fois plus.
07:49Cette disproportion
07:50est particulièrement
07:51intrigante,
07:52car les binaires
07:53de trous noirs
07:54sont d'ordinaire
07:54bien plus équilibrés.
07:57Devant cette anomalie,
07:58une équipe
07:59de l'Académie chinoise
08:00des sciences
08:00a envisagé
08:01une explication alternative.
08:03Les deux trous noirs
08:04appartiendraient
08:05à un système
08:06plus complexe,
08:07dominé par un troisième,
08:08beaucoup plus massif,
08:09qui influencerait
08:10leur orbite.
08:11Pour vérifier
08:12cette hypothèse,
08:13les chercheurs
08:14ont analysé
08:15les données d'ondes
08:16gravitationnelles.
08:17Si une paire
08:18de trous noirs
08:18tournent autour
08:19d'un troisième,
08:20les signaux
08:20devraient présenter
08:21une légère accélération
08:22dans notre direction
08:23d'observation.
08:24L'équipe
08:25a donc simulé
08:26ce scénario,
08:27puis comparé
08:28son modèle
08:28au relevé
08:29de l'événement
08:29et la concordance
08:31fut frappante.
08:32Les données
08:32indiquaient
08:33une accélération
08:34d'environ 0,0015
08:35fois la vitesse
08:36de la lumière
08:37avec un degré
08:38de confiance
08:39de 90%.
08:40Ce résultat
08:41constitue
08:41un indice solide
08:42de la présence
08:43d'un troisième
08:43trou noir caché.
08:45Si cela se confirme,
08:46cela signifierait
08:47que les fusions
08:48de trous noirs
08:48ne se résument
08:49pas toujours
08:50à un simple
08:50affrontement
08:51entre deux objets.
08:53Certaines
08:53pourraient
08:54se dérouler
08:54dans des configurations
08:55bien plus complexes.
08:56Et il est possible
08:57que d'autres cas
08:58de ce genre
09:00sommeillent encore
09:00dans les données
09:01attendant d'être révélées
09:03par ceux
09:03qui sauront
09:04les déchiffrer.
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