Ceux qui suivent les actualités d’astrophysique chez Gizmodo se souviennent peut-être de GW231123 — un signal d’ondes gravitationnelles attribué à une fusion de trous noirs d’une puissance impressionnante. Avec une masse approchant 225 fois celle du Soleil, cette fusion était si massive que les chercheurs ont dû remettre en question la validité des modèles en vigueur. Désormais, les astronomes disposent d’une autre théorie expliquant comment cela a pu se produire : en réalité, aucune règle connue n’a été enfreinte.
Les ondes gravitationnelles représentent des ondulations de l’espace-temps provoquées par des événements cosmiques cataclysmiques. Libérées des contraintes liées à la lumière, elles permettent d’étudier des objets obscurs qui n’interagissent pas avec la lumière, tels que des trous noirs. Selon un article publié récemment dans The Astrophysical Journal Letters, toutefois, même les ondes gravitationnelles pourraient être soumises au lentillage gravitationnel — une distorsion causée par d’autres objets massifs situés entre la source et la Terre, qui peut faire paraître des objets plus volumineux qu’ils ne le sont réellement. Si tel est le cas, le mystère entourant GW231123 pourrait simplement résider dans le fait qu’il n’était peut-être pas aussi gigantesque qu’il en avait l’air, et que l’effet de lentille l’a fait apparaître ainsi.
« Si nous supposons que GW231123 a été dévié et déformé par un objet compact d’environ 190 à 850 masses solaires — ou par une structure étendue telle qu’un amas globulaire —, nous pouvons comprendre les masses élevées observées », a déclaré Srashti Goyal, coauteur de l’étude et chercheuse postdoctorale à l’Institut Albert Einstein en Allemagne. « De plus, l’interprétation par lentille n’exige pas des rotations anormalement élevées. »
Une fusion interdite
La raison pour laquelle les scientifiques qualifient GW231123 de « fusion impossible » est liée à un concept astrophysique appelé l’écart d’instabilité par paires (pair-instability gap). Lorsque l’effondrement spectaculaire d’une étoile conduit à la naissance d’un trou noir, l’association de la rotation rapide de l’étoile et de la perte globale de masse indique que la masse du trou noir formé ne peut pas se situer dans la tranche d’environ 70 à 140 masses solaires.
Cependant, les deux trous noirs responsables de GW231123 ont été mesurés à 137 et 103 masses solaires, respectivement. Le mystère réside alors dans la manière dont ces trous noirs, situés dans la plage interdite et tournant à environ 400 000 fois la vitesse de rotation de la Terre, ont pu converger sans se déchirer mutuellement. Les astronomes ont évoqué diverses hypothèses, mais aucune n’a encore abouti à un consensus solide.
Des sons qui se plient
Par ailleurs, les lentilles gravitationnelles peuvent être à la fois agaçantes et utiles pour les scientifiques. Des objets massifs tels que des amas de galaxies déforment l’espace-temps et déforment l’objet d’intérêt, obligeant les astronomes à corriger leurs données en conséquence. Mais cet effet peut aussi révéler des objets qui, autrement, seraient trop éloignés pour être observés, ouvrant la voie à de nouvelles découvertes.
Voici le raisonnement : les lentilles gravitationnelles fonctionnent sur le principe qu’un grand objet déforme l’espace-temps, déformant l’image finale capturée par les observateurs terrestres. Les ondes gravitationnelles sont, par définition, des ondulations de l’espace-temps. Donc, si l’on y réfléchit vraiment, il est logique qu’elles puissent être soumises à des phénomènes analogues de diffraction et d’interférence — et c’est exactement ce que soutient la dernière étude dans l’observation de la fusion « impossible », GW231123.
Des tours de force ?
Dans leur exposé, l’équipe compare ce phénomène à la façon dont un son de violoncelle joué sur une tonalité inférieure pourrait être pris pour un son de contrebasse. Les détecteurs d’ondes gravitationnelles tels que LIGO extraient la masse et le spin d’un trou noir à partir de la nature du « son » du signal, c’est-à-dire de sa longueur d’onde. En tenant compte de ces effets, la masse réelle du trou noir final issu de la fusion GW231123 serait d’environ 140 masses solaires, plutôt que 225. Les circonstances de sa naissance seraient alors bien moins extrêmes et plus compatibles avec les modèles connus de formation des trous noirs.
Selon l’analyse de l’équipe, une lentille compacte insérée dans un champ gravitationnel plus vaste — comme une galaxie — pourrait rendre compte de la masse « impossible » du trou noir. Néanmoins, les chercheurs soulignent dans l’article que leurs calculs ne confirment pas de manière définitive la présence de lentilles gravitationnelles. Plutôt, la proposition constitue une mise en garde théorique qui a du sens mais à laquelle les astronomes n’auraient peut-être pas suffisamment prêté attention jusque-là.
En définitive, l’équipe ne cherche pas à freiner une découverte aussi excitante. Bien au contraire, les « ondes gravitationnelles lentillées » pourraient encore faire progresser notre connaissance de l’univers — tout comme les lentilles gravitationnelles classiques nous ont conduits à des découvertes cosmiques improbables. Et cela, c’est source d’enthousiasme !
