Que sont les ondes gravitationnelles ?

Les ondes gravitationnelles sont des rides dans la géométrie de l'espace-temps, produites chaque fois qu'une masse accélère de façon asymétrique. Elles étirent et compriment l'espace à leur passage, et une paire de trous noirs en fusion en est la source la plus intense connue.

Que se passe-t-il quand deux trous noirs fusionnent ?

Ils coalescent en un unique trou noir en rotation, plus massif. Quelques pour cent de la masse totale sont convertis directement en ondes gravitationnelles en une fraction de seconde, puis le résidu « sonne » jusqu'à retrouver une forme finale lisse.

Peut-on voir une fusion de trous noirs ?

Pas avec un télescope — la fusion de deux trous noirs n'émet pratiquement aucune lumière. Elle se détecte uniquement par les ondes gravitationnelles rayonnées, raison pour laquelle LIGO et Virgo sont des interféromètres et non des télescopes.

Qu'est-ce qu'un Trou noir binaire ?

Q: Qu'est-ce qu'un trou noir binaire ?

C'est un système de deux trous noirs en orbite autour de leur centre de masse commun. L'orbite se dégrade à mesure que la paire rayonne des ondes gravitationnelles, et l'histoire finit par une fusion produisant un unique trou noir plus grand.

Un trou noir binaire, ce sont deux trous noirs en orbite l'un autour de l'autre. La paire rayonne son énergie sous forme d'ondes gravitationnelles — des rides de l'espace-temps lui-même — ce qui vide l'orbite jusqu'à ce qu'ils spiralent l'un vers l'autre et fusionnent. C'est l'objet que LIGO a entendu en 2015, et c'est aujourd'hui ce que l'astronomie gravitationnelle détecte le plus souvent.

La fusion finale est l'événement le plus violent de l'univers depuis le Big Bang, et presque personne ne le remarquerait. Quand les deux trous noirs de GW150914 — 36 et 29 masses solaires — se sont réunis, le résidu pesait 62 masses solaires. Trois soleils entiers avaient été convertis en pur rayonnement gravitationnel en un cinquième de seconde, rayonnant brièvement plus de puissance que toutes les étoiles de l'univers observable réunies. Aucune lumière ne fut émise. La seule chose parvenue jusqu'à la Terre, 1,3 milliard d'années plus tard, fut une variation de distance entre des miroirs de l'ordre d'une partie sur 10^21 — un millième de la largeur d'un proton sur un bras de 4 km.

Dessiner cela honnêtement exige de modifier l'intégrateur lui-même. Partout ailleurs dans cette section, la lumière tombe vers un centre unique avec un moment cinétique conservé ; ici, elle est tirée par deux centres, et la somme de deux solutions de trou noir n'est pas elle-même une solution des équations d'Einstein. Ce que fait le shader, c'est superposer les deux attractions, chacune mesurée depuis son propre trou — exact pour un seul trou, fidèle tant que la paire est bien séparée, et honnêtement étiqueté comme approximation pour les dernières orbites, où seule la relativité numérique complète convient.

Ce que cela achète, c'est une image que rien d'autre ne produit. Les deux ombres ne sont pas deux trous noirs collés l'un à côté de l'autre : chacun courbe la lumière de l'autre, si bien que leurs bords en vis-à-vis sont visiblement aplatis et que chacun porte sur son flanc extérieur un mince croissant, image secondaire de lui-même déviée autour de sa partenaire. Au-delà, le disque circumbinaire est tenu à distance, à environ deux fois la séparation — la paire éjecte par effet de marée tout ce qui s'approche — et alimente chaque trou par des flots traversant la cavité. Le champ d'étoiles d'arrière-plan est cisaillé par les ondes gravitationnelles de la paire elle-même, exagérées d'une vingtaine d'ordres de grandeur pour être seulement visibles.