SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMEN./SUR LES ONDES GRAVITATIONNELLES

 

Study predicts black hole chirps occur in two universal frequency ranges

aUne étude prédit que les gazouillis des trous noirs se produisent dans deux gammes de fréquences universelles

par Heidelberger Institut für Theoretische Studien gGmbH

Ondulations dans l'espace-temps autour d'un système de trous noirs binaires fusionnés à partir d'une simulation de relativité numérique. Crédit : Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA Collaboration

Mystérieux, passionnants et incontournables, les trous noirs comptent parmi les objets les plus exotiques de l'univers. Avec les détecteurs d'ondes gravitationnelles, il est possible de détecter le chirp que produisent deux trous noirs lorsqu'ils fusionnent, environ 70 de ces chirps ont été trouvés jusqu'à présent.

Une équipe de chercheurs de l'Institut d'études théoriques de Heidelberg (HITS) prédit désormais que dans cet "océan de voix", les gazouillis se produisent préférentiellement dans deux gammes de fréquences universelles. L'étude a été publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

La découverte des ondes gravitationnelles en 2015 - déjà postulée par Einstein il y a 100 ans - a conduit au prix Nobel de physique 2017 et a lancé l'aube de l'astronomie des ondes gravitationnelles. Lorsque deux trous noirs de masse stellaire fusionnent, ils émettent des ondes gravitationnelles de fréquence croissante, le soi-disant signal chirp, qui peut être "entendu" sur Terre. En observant cette évolution de fréquence (le chirp), les scientifiques peuvent déduire ce que l'on appelle la "masse de chirp", une combinaison mathématique des deux masses individuelles des trous noirs.

Jusqu'à présent, on a supposé que les trous noirs fusionnés pouvaient avoir n'importe quelle masse. Les modèles de l'équipe, cependant, suggèrent que certains trous noirs ont des masses standard qui se traduisent ensuite par des gazouillis universels.

"L'existence de masses de chirp universelles ne nous dit pas seulement comment se forment les trous noirs", explique Fabian Schneider, qui a dirigé l'étude au HITS, "elle peut également être utilisée pour déduire quelles étoiles explosent en supernovae". En dehors de cela, il fournit des informations sur le mécanisme de la supernova, la physique nucléaire et stellaire incertaine, et offre aux scientifiques une nouvelle façon de mesurer l'expansion cosmologique accélérée de l'univers.

"Des conséquences graves pour le sort final des stars"

Les trous noirs de masse stellaire avec des masses d'environ 3 à 100 fois notre soleil sont les extrémités d'étoiles massives qui n'explosent pas en supernovae mais s'effondrent en trous noirs. Les ancêtres des trous noirs qui conduisent aux fusions sont originairement nés dans des systèmes stellaires binaires et connaissent plusieurs épisodes d'échanges de masse entre les composants : en particulier, les deux trous noirs proviennent d'étoiles qui ont été dépouillées de leurs enveloppes.

"Le décapage de l'enveloppe a de graves conséquences sur le destin final des étoiles. Par exemple, il facilite l'explosion des étoiles dans une supernova et il conduit également à des masses de trous noirs universels comme maintenant prédit par nos simulations", explique Philipp Podsiadlowski d'Oxford. University, deuxième auteur de l'étude et actuellement professeur invité Klaus Tschira à HITS.

Le "cimetière stellaire" - une collection de toutes les masses connues des restes d'étoiles à neutrons et de trous noirs d'étoiles massives - se développe rapidement grâce à la sensibilité toujours croissante des détecteurs d'ondes gravitationnelles et aux recherches continues de tels objets. En particulier, il semble y avoir un écart dans la distribution des masses de chirp des trous noirs binaires fusionnés, et des preuves émergent de l'existence de pics à environ huit et 14 masses solaires. Ces caractéristiques correspondent aux gazouillis universels prédits par l'équipe HITS.

"Toute caractéristique de la distribution des masses de trous noirs et de chirp peut nous en dire beaucoup sur la façon dont ces objets se sont formés", explique Eva Laplace, troisième auteur de l'étude.

Pas dans notre galaxie : des trous noirs avec des masses beaucoup plus importantes

Depuis la première découverte de trous noirs fusionnés, il est devenu évident qu'il existe des trous noirs avec des masses beaucoup plus importantes que celles trouvées dans notre Voie lactée. C'est une conséquence directe de ces trous noirs provenant d'étoiles nées avec une composition chimique différente de celle de notre Voie Lactée. L'équipe HITS pourrait maintenant montrer que, quelle que soit leur composition chimique, les étoiles dont l'enveloppe est dépouillée dans des binaires proches forment des trous noirs de moins de neuf et de plus de 16 masses solaires, mais presque aucune entre les deux.

En fusionnant les trous noirs, les masses universelles des trous noirs d'environ 9 et 16 masses solaires impliquent logiquement des masses de chirp universelles, c'est-à-dire des sons universels.

"Lors de la mise à jour de ma conférence sur l'astronomie des ondes gravitationnelles, j'ai réalisé que les observatoires des ondes gravitationnelles avaient trouvé les premiers indices d'une absence de masses de chirp et d'une surabondance exactement aux masses universelles prédites par nos modèles", explique Fabian Schneider. "Parce que le nombre de fusions de trous noirs observées est encore assez faible, il n'est pas encore clair si ce signal dans les données est simplement un coup de chance statistique ou non."

Quel que soit le résultat des futures observations d'ondes gravitationnelles : les résultats seront passionnants et aideront les scientifiques à mieux comprendre d'où viennent les trous noirs chantants dans cet océan de voix.

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COMMENTAIRES

Je rappelle  a mon lecteur  LAMDA  la singularité de la mesure de ces ondes gravitationnelles :les interferometres  traduisent en varaiations de distances  les écarts trés petits de frequences  électromagnétiques   relevés lors le l approche puis de la fusion  de deux trous noirs   .

Donc en réalité  on ne mesure pas ces ondes ,on les dduits  et on les reconstruit  par de  s calculs  a partir des signaux relevé

 L 'éqquipe d  Heidelberg  travaille par ailleurs  sur trés peu d évenements recensés  et donc ses prédictions théoriques  ne sont étayées  qu à minima 

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More information: Fabian R. N. Schneider et al, Bimodal Black Hole Mass Distribution and Chirp Masses of Binary Black Hole Mergers, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acd77a

Journal information: Astrophysical Journal Letters 

Provided by Heidelberger Institut für Theoretische Studien gGmbH

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