Astronomie gravitationnelle

Une moisson record de collisions cosmiques

Le paysage de l’astronomie gravitationnelle vient de connaître une transformation radicale. L’effort conjoint des observatoires LIGO, Virgo et KAGRA a permis de cataloguer 128 nouvelles collisions impliquant des trous noirs, un bond en avant significatif qui double le corpus de données disponible pour les chercheurs. Ces travaux, détaillés dans le catalogue Gravitational Wave Transient Catalog (GWTC-4.0), couvrent les neuf premiers mois de la quatrième campagne d’observation, s’étalant de mai 2023 à janvier 2024. La participation britannique, portée notamment par l’Université de Portsmouth, a été déterminante dans l’analyse de ces signaux complexes. Ces ondes, véritables ondulations du tissu espace-temps, permettent désormais d’observer l’Univers sous un angle inédit. Comme le souligne la professeure Tessa Baker, membre de l’ICG à l’Université de Portsmouth, cette précision croissante est cruciale : « J’ai fait partie de l’équipe utilisant ces détections d’ondes gravitationnelles pour mesurer le nombre le plus important en cosmologie : le taux d’expansion de l’Univers. Nos résultats s’améliorent régulièrement, ce qui dresse un tableau vraiment passionnant pour l’avenir de la cosmologie. » Tessa Baker, Université de Portsmouth

Le mystère des trous noirs de « seconde génération »

Parmi les découvertes récentes, une population particulière attire l’attention des astrophysiciens : les trous noirs dits de « seconde génération ». Alors que la théorie stellaire classique limite la masse des trous noirs issus de l’effondrement d’une étoile, les détecteurs ont capté des signaux provenant d’objets bien plus massifs. Selon les recherches publiées dans Nature Astronomy, ces objets, pesant entre 40 et 100 masses solaires, ne peuvent s’expliquer par une simple mort stellaire. L’analyse des spins — la rotation rapide et chaotique de ces trous noirs — offre une signature statistique claire. Ces objets sont le résultat de fusions répétées au sein de régions denses, comme les amas stellaires. L’expert Isobel M. explique cette dynamique : « C’est la signature exacte à laquelle on s’attendrait si des trous noirs fusionnaient de manière répétée dans des amas stellaires denses. » Isobel M.

Précision accrue et tests de la relativité générale

Au-delà de la population des trous noirs, ces données permettent de soumettre la théorie d’Einstein à des tests inédits. Le signal GW250114, détecté en janvier 2025, est décrit comme le plus net jamais observé. Il a permis d’entendre le trou noir « sonner comme une cloche », mesurant trois tonalités vibratoires distinctes qui confirment les prédictions de la relativité générale. Cette précision offre également une confirmation indépendante du théorème de l’aire des trous noirs de Stephen Hawking. La précision de la mesure de la constante de Hubble, qui définit le taux d’expansion de l’Univers, a fait un bond en avant de 25 pour cent grâce aux données du catalogue GWTC-5. Ces mesures permettent d’évaluer si la gravité se comporte comme Einstein l’avait prédit, même face aux mystères posés par l’énergie noire. Les résultats indiquent, pour l’heure, que la théorie de la relativité générale demeure solide à l’échelle de l’Univers.

Perspectives pour les futurs observatoires

Le succès de ces détections repose sur le développement de techniques de plus en plus sensibles. La capacité à localiser précisément la source d’un signal, comme ce fut le cas pour GW240615 en juin 2024 — localisé dans une zone de seulement 6 degrés carrés —, ouvre la voie à une astronomie multi-messagers où les télescopes optiques peuvent observer simultanément le lieu de la fusion. Alors que les chercheurs continuent de cartographier l’histoire de vie des trous noirs à travers le cosmos, le défi reste de développer des instruments capables de détecter des signaux toujours plus faibles. Le travail de l’ICG à Portsmouth s’inscrit dans cette dynamique, visant à transformer ces « événements » en outils cosmologiques de précision pour les décennies à venir.