L’analyse du spectre des ondes gravitationnelles nées de la fusion de deux trous noirs est une aubaine pour étudier ces astres et, plus encore, la relativité générale dans des conditions extrêmes. Une nouvelle science ébouriffante !
par Olivier Minazzoli, dans Pour la Science le 6 janvier 2020
Olivier Minazzoli est astrophysicien au centre scientifique de Monaco et de l’observatoire de la Côte d’Azur, et membre de la collaboration Virgo.
En janvier 1971, dans un article de la revue Physics Today, les physiciens Remo Ruffini et John Wheeler sont catégoriques : « black holes have no hair », soit, en français « les trous noirs n’ont pas de cheveux ». Ce n’est à l’époque qu’une conjecture. Elle sera démontrée quelques années plus tard et prendra alors le nom de « théorème de calvitie » des trous noirs (le « no hair theorem » en anglais). Les trous noirs auraient donc un système pileux ? Non. Explication.
L’existence des trous noirs, objets prédits par la théorie de la relativité générale depuis des décennies, n’a été confirmée que très récemment. Paradoxalement, dans le cadre de cette théorie, ils seraient aussi les objets macroscopiques les plus simples de la nature, puisqu’ils seraient entièrement décrits par seulement trois paramètres : leur masse, leur moment cinétique (ou « moment angulaire », ce nombre décrivant leur rotation) et leur charge. Plus encore, la charge d’un trou noir astrophysique est très probablement nulle, puisque l’on ne s’attend pas qu’un trou noir accrète uniquement de la matière chargée positivement (ou négativement). Deux nombres suffiraient donc à caractériser ces astres. C’est remarquable !
Une telle simplicité ne se trouve le plus souvent que dans le monde microscopique et idéalisé des particules élémentaires, telles que les électrons, mais certainement pas dans le monde des objets macroscopiques. L’origine de la métaphore capillaire est ici : elle signifie en quelque sorte que rien à la surface des trous noirs ne complexifie leur nature fondamentalement simple. Un nouveau moyen de le vérifier, et de pousser la relativité générale dans ses retranchements, s’est récemment offert aux astronomes : l’étude des ondes gravitationnelles nées de la fusion de deux trous noirs.
Quand deux chauves se rencontrent
Lorsque deux trous noirs fusionnent,
