Vue d’artiste de trous noirs binaires sur le point d’entrer en collision. Crédit : Mark Myers, Centre d’excellence ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav)
Avec le catalogue croissant de binaires trou noir fusions, les chercheurs peuvent étudier les propriétés de spin globales de ces systèmes pour découvrir comment ils se sont formés et ont évolué. Des travaux récents brossent un tableau contradictoire de notre compréhension des magnitudes de spin et des orientations de la fusion des trous noirs binaires, pointant vers différents scénarios de formation. Notre récente étude, publiée dans le Lettres de revues astrophysiques, a résolu ces conflits et nous a permis de comprendre la distribution des spins des trous noirs binaires.
Former des binaires de trous noirs
Il existe deux voies principales pour former un trou noir binaire : la première passe par l’évolution « isolée », un processus qui implique la formation du binaire du trou noir à partir de l’effondrement du noyau de deux étoiles dans un binaire ; la seconde est l’évolution « dynamique » où les interactions entre les trous noirs dans des amas stellaires denses peuvent conduire à une paire de trous noirs se capturant pour former un binaire. Ces voies présentent des caractéristiques distinctes dans la distribution de spin des fusions binaires de trous noirs.
Les binaires formés via une évolution isolée ont tendance à avoir des spins étroitement alignés avec le moment angulaire orbital, tandis que les systèmes formés dynamiquement ont des spins orientés au hasard et ont une distribution d’inclinaisons de spin isotrope. Dans la dernière étude de population de LIGO-Vierge, nous avons vu des preuves pour ces deux canaux, cependant, une étude plus récente de Roulet et. al 2021, a montré que la population était cohérente avec le canal isolé seul.
Cette incohérence pose la question : comment peut-on obtenir des conclusions différentes à partir d’une même population ? La réponse est une erreur de spécification du modèle : les modèles de spin précédents n’étaient pas conçus pour capturer d’éventuelles caractéristiques nettes ou sous-populations de spin dans le modèle.
L’image émergente des spins des binaires de trous noirs
À l’aide d’un catalogue de 44 fusions binaires de trous noirs, cette nouvelle étude trouve des preuves de deux populations dans la distribution de spins des binaires de trous noirs : l’une avec des spins négligeables et l’autre à rotation modérée avec un alignement préférentiel avec le moment angulaire orbital.
Ce résultat s’explique pleinement via le scénario de formation isolée. Les progéniteurs de la plupart des trous noirs perdent leur moment angulaire lorsque l’enveloppe stellaire est supprimée par le compagnon binaire, formant des binaires de trous noirs avec un spin négligeable, tandis qu’une petite fraction des binaires fait tourner le trou noir deuxième-né via des interactions de marée.
Cette étude ouvre un certain nombre de pistes intéressantes pour explorer, par exemple, une enquête sur la relation entre la masse et le spin de ces différentes sous-populations. L’étude de ces corrélations peut aider à améliorer la précision de nos modèles et nous permettent de mieux distinguer les différentes voies évolutives des trous noirs binaires.
Écrit par Shanika Galaudage, étudiante au doctorat OzGrav, Université Monash.
Référence : « Building Better Spin Models for Merging Binary Black Holes: Evidence for Nonspinning and Rapidly Spinning Nearly Aligned Subpopulations » par Shanika Galaudage, Colm Talbot, Tushar Nagar, Deepnika Jain, Eric Thrane et Ilya Mandel, 29 octobre 2021, Lettres de revues astrophysiques.
DOI : 10.3847 / 2041-8213 / ac2f3c
