Une découverte record dans le domaine des ondes gravitationnelles
La collaboration internationale LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) a récemment annoncé avoir détecté la fusion des trous noirs les plus massifs jamais observés par le biais des ondes gravitationnelles. Cette détection a été réalisée grâce aux observatoires LIGO Hanford et Livingston, aux États-Unis. L’événement, identifié sous le nom de GW231123, a été enregistré le 23 novembre 2023, lors de la quatrième campagne d’observation menée par le réseau LIGO-Virgo-KAGRA. La collision a donné naissance à un trou noir final dont la masse est estimée à environ 225 fois celle du Soleil.
Les deux trous noirs à l’origine de cette fusion présentaient des masses d’environ 103 et 137 masses solaires respectivement, ce qui en fait des objets particulièrement massifs. Leur rotation extrêmement rapide a également complexifié l’analyse du signal détecté et laisse penser que ces objets résultent probablement d’une histoire astrophysique complexe, potentiellement marquée par des fusions successives de trous noirs plus petits.
Selon Ed Porter, chercheur au laboratoire APC (CNRS), « l’identification d’un système aussi massif, composé de trous noirs en rotation rapide, constitue un véritable défi pour les méthodes d’analyse actuelles ». Cette découverte pourrait profondément influencer les recherches théoriques sur la formation des trous noirs et l’évolution des modèles d’ondes gravitationnelles. En effet, les modèles classiques d’évolution stellaire n’expliquent pas aisément la formation de trous noirs d’une telle masse, suggérant l’existence de scénarios de formation plus complexes.
Jusqu’à présent, environ une centaine de fusions de trous noirs ont été détectées via les ondes gravitationnelles. Le précédent record de masse pour un système binaire remontait au signal GW190521, dont la masse totale atteignait environ 140 masses solaires.
Un nouveau jalon pour l’astronomie des ondes gravitationnelles
Avec leur masse exceptionnelle et leur rotation très rapide, les trous noirs de GW231123 repoussent les limites technologiques des détecteurs d’ondes gravitationnelles ainsi que celles des modèles théoriques actuels. L’analyse de ce signal a nécessité des modèles sophistiqués, capables de prendre en compte les dynamiques complexes des objets en rotation rapide.
« Cet événement illustre à quel point nous frôlons aujourd’hui les limites des capacités instrumentales et d’analyse des données », commente Sophie Bini, chercheuse au Caltech. « Il montre tout le potentiel de l’astronomie des ondes gravitationnelles, mais aussi combien il reste à explorer. »
Les instruments LIGO (États-Unis), Virgo (Italie) et KAGRA (Japon) sont conçus pour détecter d’infimes déformations de l’espace-temps provoquées par des phénomènes cosmiques extrêmes, tels que ces fusions de trous noirs. La quatrième campagne d’observation a débuté en mai 2023, et les résultats couvrant la première moitié de cette période (jusqu’en janvier 2024) devraient être rendus publics à l’été 2025.
Viola Sordini, chercheuse à l’IP2I et porte-parole adjointe de la collaboration Virgo, souligne : « Cette quatrième campagne d’observation, la plus longue jamais menée et bénéficiant de détecteurs plus sensibles, constitue une étape majeure pour notre compréhension de l’Univers. Cette découverte ouvre une série de résultats qui continueront à nourrir la recherche dans les années à venir. Une fois publiées, les données sont mises à disposition de toute la communauté scientifique, conformément aux principes de la science ouverte. »
Les résultats concernant le signal GW231123 sont présentés lors de la 24e Conférence internationale sur la relativité générale et la gravitation, ainsi que lors de la 16e Conférence Edoardo Amaldi sur les ondes gravitationnelles, organisées conjointement à Glasgow, au Royaume-Uni, du 14 au 18 juillet 2025.
