Un trou noir nouveau-né produit un son transmis par des ondes gravitationnelles, capable de prédire sa masse et sa rotation. Aujourd'hui, un groupe de recherche du MIT a réussi à «l'écouter» complètement, en dessinant un modèle permettant de calculer les propriétés de l'objet cosmique.
Lorsqu'un trou noir est né de la collision d'autres trous noirs énormes, il «résonne», produisant des ondes gravitationnelles, tout comme une cloche frappée réverbère des ondes sonores. C'est ce que contient la théorie de la relativité générale d'Einstein , qui a également prédit comment le ton et la décroissance de ces ondes devraient constituer une signature directe de la masse et de la rotation du nouveau-né.
On sait maintenant que le grand physicien allemand avait encore raison: le modèle de ce son développé par le MIT prédit, en fait, la masse et la rotation du trou noir. Si «écouter» n'est pas de la vraie musique, c'est aux oreilles des scientifiques, qui pour la première fois ont réussi à fournir à la communauté une autre preuve expérimentale de la théorie de la relativité générale, marquant un autre point sur la voie de la connaissance de l' origine de l'Univers .
Mais il y a plus: la découverte apporte également une preuve du théorème du `` sans poil '' sur les trous noirs , littéralement `` glabres '' (attribué au physicien américain John Archibald Wheeler), selon lequel ces objets extraordinaires et encore mystérieux les cosmiques n'ont que trois caractéristiques accessibles: la masse, le spin (ou rotation) et la charge électrique, car les autres sont «engloutis» par l'horizon des événements.
Les ondes gravitationnelles , ces ondulations infinitésimales dans l'espace-temps issues de phénomènes cosmiques lointains et violents, ont été observées expérimentalement pour la première fois le 14 septembre 2021 par le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), identifiant un "gazouillis" comme son associé et montrant que cela a été déclenché par la collision rapide de deux énormes trous noirs.
Le pic du signal, qui est la partie la plus forte du gazouillis, était directement lié au moment même où les trous noirs sont entrés en collision, fusionnant en un seul nouveau trou noir. Cependant, comme ce trou noir émettait ses ondes gravitationnelles, son anneau caractéristique, supposaient les physiciens, serait trop faible pour être déchiffré au milieu de la clameur de la collision initiale. En conséquence, certaines traces n'ont été identifiées que quelque temps après le pic, mais le signal était trop faible pour être étudié en détail.
Maintenant que tout semble avoir changé, la nouvelle recherche du MIT n'a pu détecter que le pic, montrant qu'il est possible d'isoler avec succès un motif de sonnerie spécifique pour un trou noir nouveau-né et d'identifier et de mesurer spécifiquement deux tons distincts.
«Nous détectons un signal global d'onde gravitationnelle composé de plusieurs fréquences qui sont atténuées à différentes vitesses, comme les différentes tonalités qui forment un son - explique Maximiliano Isi , premier auteur de l'œuvre - Chaque fréquence ou ton correspond à une fréquence vibratoire du nouveau trou noir.
À ce stade, les chercheurs ont utilisé les équations de la relativité générale pour calculer la masse et la rotation du trou noir nouvellement formé à l'aide des données de ton et de désintégration nouvellement détectées, et ont comparé les résultats avec des calculs antérieurs effectués avec d'autres méthodologies, démontrant son cohérence.
Les perspectives sont énormes , car la technique pourrait également être utilisée sur des objets autres que les trous noirs.
«À l'avenir, nous aurons de meilleurs détecteurs sur Terre et dans l'espace et nous pourrons voir non seulement deux, mais des dizaines de modalités et définir précisément leurs propriétés - fait valoir Isi - Si ce ne sont pas des trous noirs comme le prédit Einstein, mais des objets plus exotiques tels que des trous de ver ou des étoiles de boson peuvent ne pas sonner de la même manière et nous aurons une chance de les voir ».
Le travail a été partiellement financé par la NASA, la Sherman Fairchild Foundation, la Simons Foundation et la National Science Foundation, et a été publié dans Physical Review Letters .
Roberta De Carolis
Couverture: MIT News
