Une impression d’artiste de deux trous noirs sur le point d’entrer en collision et de fusionner.
Résultats du Centre pour la Relativité et la Gravitation Computationnelles publiés dans le bulletin d’information de la Commission européenne. Nature Astronomy.
Pour la première fois, des scientifiques pensent avoir détecté une fusion de deux trous noirs aux orbites excentriques. Selon un article publié dans Nature Astronomy par des chercheurs du Center for Computational Relativity and Gravitation de l’Institut de technologie de Rochester et de l’Institut de recherche sur les sciences de la vie. Université de Floridece qui peut aider à expliquer comment certaines des trou noir détectées par le projet LIGO Scientific Collaboration et la Collaboration Virgo sont beaucoup plus lourdes qu’on ne le pensait auparavant.
Les orbites excentriques sont le signe que les trous noirs pourraient en engloutir d’autres à plusieurs reprises lors de rencontres fortuites dans des zones densément peuplées de trous noirs, comme les noyaux galactiques. Les scientifiques ont étudié la binaire à ondes gravitationnelles la plus massive observée à ce jour, GW190521, pour déterminer si la fusion avait des orbites excentriques.
“Les masses estimées des trous noirs sont plus de 70 fois la taille de notre soleil chacun, ce qui les place bien au-dessus de la masse maximale estimée prédite actuellement par la théorie de l’évolution stellaire”, a déclaré Carlos Lousto, professeur à l’école des sciences mathématiques et membre du CCRG. “Cela constitue un cas intéressant à étudier en tant que système de trou noir binaire de deuxième génération et ouvre à de nouvelles possibilités de scénarios de formation de trous noirs dans des amas d’étoiles denses.”
Impression d’artiste de trous noirs binaires sur le point d’entrer en collision. Crédit : Mark Myers, Centre d’excellence de l’ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav).
Une équipe de chercheurs du RIT, comprenant Lousto, James Healy, associé de recherche, Jacob Lange ’20, docteur en sciences astrophysiques et technologie, Manuela Campanelli, professeur et directrice du CCRG, Richard O’Shaughnessy, professeur associé, et des collaborateurs de l’Université de Floride, s’est formée pour jeter un nouveau regard sur les données afin de déterminer si les trous noirs avaient des orbites très excentriques avant de fusionner. Ils ont découvert que la fusion s’explique mieux par un modèle à forte excentricité et à forte précession. Pour y parvenir, l’équipe a effectué des centaines de nouvelles simulations numériques complètes dans les superordinateurs des laboratoires locaux et nationaux, ce qui a pris près d’un an.
“Cela représente une avancée majeure dans notre compréhension de la façon dont les trous noirs fusionnent”, a déclaré Campanelli. “Grâce à nos simulations sophistiquées sur superordinateur et à la richesse des nouvelles données fournies par les détecteurs LIGO et Virgo qui progressent rapidement, nous faisons de nouvelles découvertes sur l’univers à un rythme étonnant.”
Une extension de cette analyse par la même équipe du RIT et de l’UFL a utilisé une contrepartie électromagnétique possible observée par le Zwicky Transient Facility pour calculer indépendamment la constante de Hubble cosmologique avec GW150521 comme fusion excentrique de trous noirs binaires. Ils ont trouvé un excellent accord avec les valeurs attendues et ont récemment publié leurs travaux dans la revue Astrophysical Journal.
Référence : “Eccentricity estimate for black hole mergers with numerical relativity simulations” par V. Gayathri, J. Healy, J. Lange, B. O’Brien, M. Szczepanczyk, Imre Bartos, M. Campanelli, S. Klimenko, C. O. Lousto et R. O’Shaughnessy, 20 janvier 2022, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-021-01568-w
