Détectée en 2023 par la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, la fusion nommée GW231123 a stupéfié la communauté scientifique. Située à 7 milliards d'années-lumière, elle impliquait la collision de deux trous noirs aux masses et aux vitesses de rotation si extrêmes qu'ils ne correspondaient à aucun modèle existant. De tels objets cosmiques, observés grâce à la détection d'ondes gravitationnelles, semblaient tout simplement impossibles à former.
Pourquoi ces trous noirs étaient-ils considérés comme une anomalie ?
Le principal obstacle théorique réside dans un phénomène appelé supernova par instabilité de paires. Ce type d'explosion, qui survient pour les étoiles d'une certaine masse, est si violent qu'il anéantit complètement l'astre, ne laissant aucun résidu derrière lui.
" En conséquence de ces supernovae, nous ne nous attendons pas à ce que des trous noirs se forment entre environ 70 et 140 fois la masse du Soleil ", explique Ore Gottlieb, astrophysicien et auteur principal d'une étude.
Or, les objets de GW231123 se situaient précisément dans cette zone interdite, défiant les théories établies.
Quel rôle les champs magnétiques jouent-ils dans ce nouveau modèle ?
L'équipe de recherche a mené des simulations complexes en deux étapes, en commençant par une étoile géante de 250 masses solaires. L'élément déterminant, jusqu'alors négligé, fut l'introduction des champs magnétiques après l'effondrement de l'étoile.
Les simulations ont révélé que si une étoile en rotation rapide s'effondre, un disque de matière se forme autour de l'un de ces trous noirs naissants. Les champs magnétiques exercent alors une pression si forte sur ce disque qu'ils éjectent une partie de la matière à une vitesse proche de celle de la lumière.
Quelles sont les implications de cette découverte ?
Ce puissant mécanisme d'éjection réduit la masse finale qui tombe dans le trou noir, lui permettant ainsi de se situer dans la zone de masse auparavant jugée impossible.
" La présence de la rotation et des champs magnétiques peut changer fondamentalement l'évolution post-effondrement de l'étoile ", précise Ore Gottlieb.
Cette découverte suggère une corrélation directe entre la masse, la vitesse de rotation et l'intensité des champs magnétiques. De plus, ce processus de formation devrait générer des sursauts gamma, offrant une signature observable qui pourrait confirmer le modèle.
