Les scientifiques ont découvert des preuves que les ondes gravitationnelles provenant d’une collision spectaculaire avec un trou noir transportent des signaux provenant du bord même du trou noir nouvellement formé. Si elle est confirmée par de futures observations, cette découverte pourrait offrir une toute nouvelle façon d’étudier ce qui se passe à proximité immédiate d’un trou noir sans jamais l’observer directement.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont analysé un événement d’onde gravitationnelle exceptionnellement fort connu sous le nom de GW250114. Ils ont identifié une « onde directe », une caractéristique subtile du signal d’onde gravitationnelle totale prédit par la théorie mais jamais détecté auparavant dans les données réelles. Le signal semble contenir des informations extrêmement proches du trou noir. horizon des événementsla limite au-delà de laquelle rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper.
Les résultats, publiés le 24 juin dans la revue Naturesuggèrent que les observatoires d’ondes gravitationnelles pourraient éventuellement permettre aux astronomes de sonder des régions restées inaccessibles depuis l’apparition des trous noirs. prédit par Albert Einstein théorie générale relativité.
Écouter le bord d’un trou noir
Bien que les astronomes aient photographié le matériau brillant entourant certains trous noirs supermassifs et ont détecté des dizaines de fusions de trous noirs grâce aux ondes gravitationnelles, l’horizon des événements lui-même est resté extrêmement difficile à étudier.
Contrairement à la lumière ordinaire, les ondes gravitationnelles sont de minuscules ondulations dans l’espace-temps produit lorsque des objets massifs accélèrent. Ils traversent l’univers presque sans être dérangés, transportant des informations sur des événements cosmiques violents qui autrement resteraient cachés.
Selon le co-auteur de l’étude Si Zheng Machercheur postdoctoral à l’Institut Périmètre de physique théorique au Canada, le signal nouvellement identifié offre un rare aperçu de ce qui se passe immédiatement après la collision de deux trous noirs.
« Lorsque deux trous noirs fusionnent, ils secouent violemment l’espace-temps lui-même », a déclaré Ma à Live Science. « Pendant un bref instant, la région très proche de l’horizon du trou noir nouvellement formé est balayée par un tourbillon rapide qui s’estompe. »
Ma a expliqué que l’onde directe est la partie du signal d’onde gravitationnelle produite près de l’horizon et porte l’empreinte de ce mouvement vers l’extérieur à travers l’espace.
« C’est pourquoi c’est si intéressant », a-t-il déclaré. « Cela pourrait nous permettre d' »écouter » ce qui se passe près de l’horizon, une région que nous ne pouvons pas voir directement avec la lumière. »
Une remarquable collision de trous noirs
L’équipe s’est concentrée sur GW250114, une fusion de trous noirs détectée le 14 janvier 2025 par les deux détecteurs de l’Observatoire des ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO) situés à Hanford, dans l’État de Washington, et à Livingston, en Louisiane.
« Nos travaux théoriques antérieurs prédisaient que les fusions de trous noirs devraient produire un signal à onde directe provenant de la région proche de l’horizon », a déclaré Ma. « La grande question était de savoir si cet effet pouvait réellement être observé sur des données réelles. »
GW250114 s’est avéré fournir exactement les conditions nécessaires pour tester cette prédiction.
« C’était assez fort, assez propre et assez proche de la situation théorique où ce signal devrait être visible », a-t-il déclaré.
Pour rechercher cette caractéristique insaisissable, les chercheurs ont d’abord supprimé la partie la mieux comprise du signal d’onde gravitationnelle, qui provient du trou noir nouvellement formé qui s’est installé après la fusion. Ensuite, ils ont examiné les données restantes pour déterminer si elles consistaient uniquement en bruit de détecteur ou si elles contenaient un autre signal physique.
« Ce que nous avons découvert était frappant », a déclaré Ma. « Le signal restant a suivi le rythme attendu et le schéma d’atténuation d’une vague façonnée par la région très proche de l’horizon du trou noir final. »
L’équipe a conclu que le signal restant correspond au comportement attendu pour une onde directe prédite par des études théoriques antérieures.
Une nouvelle façon d’explorer l’extrême gravité
Les chercheurs ont souligné que leurs découvertes ne révèlent pas ce qui se trouve à l’intérieur d’un trou noir. Au lieu de cela, ils fournissent un nouvel outil d’observation pour étudier la région située immédiatement au-delà de l’horizon des événements.
« Les données sur les ondes gravitationnelles semblent porter une empreinte très proche de l’horizon du trou noir nouvellement formé – le fameux point de non-retour », a déclaré Ma.
Il a expliqué que les mesures sont cohérentes avec le fait que l’espace-temps proche de l’horizon est rapidement traîné par le trou noir en rotation tandis que le signal s’estompe à cause du champ gravitationnel intense.
« Pour nous, le message passionnant est que les ondes gravitationnelles pourraient nous offrir une nouvelle façon d’étudier les bords d’un trou noir en utilisant des données d’observation réelles », a déclaré Ma.
Ma pense que la méthode pourrait éventuellement devenir utile pour explorer des idées telles que la gravité quantique – qui cherche à unir la théorie de la gravité d’Einstein à la mécanique quantique – ou le paradoxe de l’information sur les trous noirs, l’énigme de longue date de savoir si les informations qui tombent dans un trou noir sont vraiment perdues. Cependant, il ne peut pas encore tester directement ces questions.
« Si les effets quantiques, ou tout écart par rapport à l’image standard d’un trou noir, y laissent une empreinte mesurable, alors les ondes directes pourraient, en principe, nous aider à les rechercher à l’avenir », a-t-il déclaré.
Plus d’observations seront nécessaires
Les chercheurs ont averti que la découverte est basée sur un seul événement d’onde gravitationnelle. Bien que GW250114 ait fourni des conditions exceptionnellement favorables, des preuves beaucoup plus solides ne seront fournies que si des signaux similaires sont détectés dans de nombreuses autres fusions de trous noirs.
« Il y a deux directions principales », a expliqué Ma. « La première est la théorie. »
Les modèles actuels capturent l’essentiel de la physique mais restent simplifiés, et des descriptions plus réalistes des fusions de trous noirs seront nécessaires.
« La seconde est l’observation », a-t-il ajouté. « Ce résultat provient d’un événement exceptionnellement fort et clair, donc la confirmation la plus forte viendrait de l’observation du même type de schéma dans d’autres fusions de trous noirs. »
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Alors que les observatoires d’ondes gravitationnelles continuent de s’améliorer et de détecter un nombre croissant de fusions, les chercheurs espèrent déterminer si les ondes directes sont une caractéristique universelle des collisions de trous noirs.
« Si le modèle apparaît de manière répétée comme le prédit la relativité générale », a déclaré Ma, « les ondes directes pourraient devenir une nouvelle façon d’étudier les horizons des trous noirs ou les régions très proches d’eux, et de tester la théorie d’Einstein dans l’un des environnements les plus extrêmes de l’univers. »
Si de futures observations confirment les résultats de l’équipe, les scientifiques auront peut-être obtenu quelque chose qu’ils recherchaient depuis des décennies : une fenêtre d’observation directe sur le bord même d’un trou noir.
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