Astronomie

Des ondes gravitationnelles trop éloignées nous atteindront-elles un jour ?

Des ondes gravitationnelles trop éloignées nous atteindront-elles un jour ?


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La gravité est la courbure de l'espace-temps, et ses effets voyagent à la vitesse de la lumière. Cependant, l'espace s'agrandit; à terme, la lumière des galaxies lointaines deviendra de plus en plus décalée vers le rouge, et nous ne pourrons plus les voir (source).

En tant que tel, il y a une limite à la distance que nous pourrions jamais voir, car la lumière trop loin ne nous atteindra jamais en raison de l'expansion rapide de l'espace… ou du moins, si je comprends bien.

Désormais, les ondes gravitationnelles se déplacent à la vitesse de la lumière. Alors, après assez de temps, quand la lumière d'un objet ne nous atteint plus, sa gravité ne nous affectera-t-elle plus non plus ?

Une meilleure reformulation est la suivante : à un certain moment, la gravité de tout objet extrêmement éloigné - même les étoiles les plus massives, les trous noirs ou les galaxies - ne nous affecte tout simplement pas du tout ?


La réponse ici est très similaire à celle que vous posiez sur la lumière.

En principe, les ondes gravitationnelles pourraient nous permettre des fractions de seconde après le big bang. Les ondes électromagnétiques peuvent voir l'endroit où le rayonnement de fond cosmique s'est formé, environ 400 000 ans après le big bang.

Vous avez raison, l'univers s'est agrandi. À l'époque actuelle, on estime que l'univers observable, contenant des objets qui ont émis de la lumière ou des GW qui peuvent nous atteindre maintenant, est d'environ 46 milliards d'années-lumière.

Cependant, il semble tout à fait probable que l'univers continue bien au-delà de cet horizon, et les sources au-delà de cet horizon ne peuvent jamais avoir émis de lumière ou de GW qui nous atteindront.

Comme le souligne la section pertinente de wikipedia (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Observable_universe), la détection des GW étend très légèrement notre point de vue. Nous ne pouvons pas "voir" avec des ondes électromagnétiques au-delà de 45,7 milliards d'années-lumière à cause du "brouillard" du fond diffus cosmologique, mais les GW peuvent pénétrer ce brouillard nous permettant (en principe) de voir les signaux d'objets actuellement distants de 46,6 milliards d'années-lumière.


Comment une nouvelle ère de l'astronomie surfera sur les ondes gravitationnelles

Le prix Nobel de physique 2017 a été décerné à un trio de physiciens qui ont détecté de subtiles ondulations dans l'espace-temps, inaugurant une toute nouvelle façon d'observer les événements cosmiques.

Il y a environ 1,3 milliard d'années, dans une galaxie lointaine, très lointaine, deux trous noirs massifs sont entrés en collision violemment, provoquant des ondulations dans le tissu de l'espace-temps. Ces ondulations, appelées ondes gravitationnelles, ont traversé la Terre le 14 septembre 2015. Et pour la toute première fois, les humains ont détecté le mouvement presque imperceptible des ondes gravitationnelles.

La théorie de la relativité générale d'Albert Einstein avait prédit les ondes gravitationnelles un siècle plus tôt, mais ce n'est que lorsque l'Observatoire des ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO) a été construit au tournant du 21e siècle qu'il y avait une chance d'en trouver des preuves.

LIGO a trouvé cette preuve en 2015. Et encore, trois mois plus tard. Et encore en janvier dernier. Et encore en août. Chacune des quatre détections d'ondes gravitationnelles a ajouté un soutien supplémentaire à la théorie d'Einstein, garantissant que l'équipe LIGO entrerait dans l'histoire.

Mardi, cet héritage a été gravé dans l'or, alors que l'Académie royale des sciences de Suède a décerné aux architectes de LIGO Rainer Weiss, Kip Thorne et Barry Barish le prix Nobel de physique 2017 pour leur travail de conception, de construction et d'utilisation de LIGO.

Mais ces quatre premières détections et l'honneur accordé aux scientifiques ne sont qu'un début. Le succès de LIGO marque l'aube d'un nouveau type d'astronomie.

Au fur et à mesure que le portefeuille de Kamala Harris s'agrandit, l'examen

"Cela ouvre une nouvelle fenêtre sur l'univers", explique Saul Teukolsky, astrophysicien théoricien à l'Université Cornell à Ithaca, N.Y. "Et chaque fois qu'une nouvelle fenêtre s'est ouverte, nous avons fait des découvertes incroyables."

Jusqu'à présent, les astronomes se sont largement appuyés sur le rayonnement électromagnétique pour observer l'univers. Les objets émettent des ondes électromagnétiques à travers un large spectre, certaines visibles à l'œil humain sous forme de lumière, mais toutes détectables par les télescopes actuellement utilisés sur Terre ou en orbite.

Mais les ondes gravitationnelles permettent aux astronomes de regarder l'univers d'une toute autre manière : à travers le mouvement.

« Tout génère des ondes gravitationnelles. Vous et moi générons des ondes gravitationnelles en ouvrant la bouche et en parlant. Chaque fois que la matière se déplace, des ondes gravitationnelles sont générées », explique Lawrence Krauss, physicien théoricien et cosmologue à l'Arizona State University.

Tout comme le rayonnement électromagnétique peut voyager dans un spectre de longueurs d'onde, ces ondulations gravitationnelles le peuvent aussi. Au cours de siècles de construction de télescopes, les astronomes ont perfectionné leur capacité à observer l'univers à travers ce spectre électromagnétique, des ondes radio aux rayons gamma. Et maintenant, les astronomes aspirent à construire des détecteurs de mieux en mieux capables de capturer également toute la gamme des ondes gravitationnelles.

« Il s'agit d'un type d'astronomie totalement nouveau », déclare Manuela Campanelli, directrice du Centre for Computational Relativity and Gravitation du Rochester Institute of Technology, à Rochester, N.Y.

Et l'incorporation d'observations d'ondes gravitationnelles avec des données issues de techniques existantes pourrait révolutionner l'astronomie.

L'astronomie multi-messagers, comme on l'appelle, offre aux astronomes un aperçu des événements cosmiques remontant au début de l'univers. En combinant les données du rayonnement électromagnétique, des ondes gravitationnelles, des neutrinos et des rayons cosmiques, les scientifiques peuvent assembler des images détaillées de collisions de trous noirs, d'étoiles à neutrons et d'autres objets massifs.

« Il est possible d'apprendre beaucoup de ce qui se passe autour de ces sources », explique le Dr Campanelli, « car vous disposez désormais de nombreux moyens indépendants pour extraire des informations. »

Les feux d'artifice spectaculaires des collisions d'étoiles à neutrons, par exemple, peuvent actuellement être observés dans les longueurs d'onde électromagnétiques, de sorte que les scientifiques savent un peu de quoi ils sont faits, explique le professeur Teukolsky. Mais leur fonctionnement, la physique nucléaire des étoiles à neutrons, reste à déterminer. Et les ondes gravitationnelles pourraient être en mesure d'ajouter cette information clé.

C'est parce que les ondes gravitationnelles, contrairement aux ondes électromagnétiques, ne sont pas absorbées par d'autres objets lorsqu'elles traversent l'univers, explique Teukolsky. Ainsi, avec les ondes gravitationnelles, dit-il, « nous sommes capables de voir les choses au plus profond de ces violentes explosions qui se produisent. »

Les astronomes espèrent répondre à des questions sur la physique de base, la physique nucléaire et les phénomènes continus en utilisant les ondes gravitationnelles se propageant des collisions d'objets massifs tels que les trous noirs aux ondulations subtiles du mouvement constant dans l'univers. Et, peut-être, les ondes gravitationnelles apporteront les réponses des astronomes aux questions sur les origines de l'univers lui-même.

Certaines des découvertes à venir pourraient même être insondables pour les astronomes maintenant.

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"Ce n'est que le début d'une toute nouvelle vague d'astronomie", déclare le Dr Krauss. «Je ne peux pas penser à un autre moment où nous avons ouvert cette vaste nouvelle fenêtre et nous n'avons pas été surpris. Quoi d'autre crée des ondes gravitationnelles ? Quels autres événements cataclysmiques existe-t-il dans l'univers que nous pourrions observer ? Qui sait? C'est ce qui est génial avec les découvertes : ce sont des découvertes.


Les premières ondulations d'une découverte

Les ondes gravitationnelles ont été proposées pour la première fois par Henri Poincaré en 1905 comme des perturbations dans le tissu de l'espace-temps se propageant à la vitesse de la lumière. Dix ans plus tard, la théorie de la relativité générale d'Einstein a formalisé ces idées. Le concept de perturbations dans l'espace-temps, interdit dans l'interprétation newtonienne de la gravité, était pleinement admissible dans une théorie qui traitait l'univers lui-même non pas comme une scène sur laquelle se déroulent les événements cosmiques, mais comme un acteur de ces événements.

Les ondes gravitationnelles sont nées de la possibilité de trouver une solution « ondulatoire » aux équations du tenseur général au cœur de la relativité générale. Selon Einstein, les ondes gravitationnelles devraient être générées en masse par l'interaction de corps massifs tels que des systèmes binaires d'étoiles à neutrons super-denses et des trous noirs fusionnants, en fait, elles peuvent être générées par n'importe quel objet en accélération mais des objets en accélération liés à la Terre. provoquer des perturbations bien trop faibles pour être détectées. C'est pourquoi nos investigations doivent se tourner vers des zones de l'espace où la nature nous fournit des objets bien plus massifs.

Einstein a prédit que ces ondulations, créées par des objets de grande masse, les ondes gravitationnelles, seraient si infimes qu'elles seraient impossibles à détecter par tous les moyens technologiques imaginables à l'époque.

Heureusement, Einstein avait tort.


Comment LIGO a fait des vagues en astronomie

L'une des prédictions d'Einstein qui n'avait pas encore été observée était les ondes gravitationnelles, et c'est ce que l'équipe LIGO a découvert ce mois-ci. Graihagh Jackson était là pour l'annonce et a parlé à la scientifique, le professeur Norna Robertson, de la façon dont ils l'ont fait.

Norna - L'événement que nous disons était deux trous noirs qui étaient en orbite l'un autour de l'autre et ils se déplacent également l'un vers l'autre car ils perdent de l'énergie en orbite l'un autour de l'autre et donc ils accélèrent et tournent en rond, de plus en plus vite jusqu'à ce qu'ils fusionnent enfin. Et c'est cette inspiration et cette fusion finales, qui se produisent en une fraction de seconde, qui produisent une grande explosion d'ondes gravitationnelles.

Graihagh - Et cela s'est propagé à travers l'univers jusqu'à nous. Combien de temps cela prend-il pour nous joindre cependant?

Norna - L'événement s'est produit il y a environ un milliard d'années, à un milliard d'années-lumière, et il a fallu tout ce temps pour se propager dans l'espace vers nous et traverser la Terre le 14 septembre 2015.

Graihagh - C'est vraiment remarquable, n'est-ce pas ?

Norna - C'est remarquable. C'est merveilleux. Il y a eu beaucoup, beaucoup de personnes impliquées dans le développement des détecteurs et dans le développement de toutes les techniques d'analyse et, pour nous tous, c'est vraiment une occasion capitale.

Graihagh - Aux côtés de Norna, un millier de scientifiques de 16 pays travaillent ensemble depuis 25 ans ! Et, comme Norna, Sheila Rowan de l'Université de Glasgow a passé toute sa carrière à les chercher.

Sheila - Je voulais être scientifique et physicien, je pense, depuis l'âge de neuf ans environ. Quand j'étais jeune, je ne pouvais penser à rien de plus excitant à faire dans la vie que de le passer à étudier ces grandes questions et l'univers. Quand tu sors et que tu lèves les yeux, d'où est-ce que tout ça vient ? Qu'y a-t-il dehors ? Jusqu'où ça va? Et j'ai eu la chance de pouvoir passer ma vie à travailler dans ce domaine et à le faire.

Graihagh - Assez chanceux pour voir également tout son travail acharné se concrétiser. Mais comment LIGO les a-t-il détectés ?

Sheila - Quand ils sont produits, bien sûr, il y a une énorme quantité d'énergie lorsque deux trous noirs entrent en collision, mais cela doit ensuite se propager et voyager à travers l'univers. Donc, au moment où il nous parvient ici sur terre, c'est un signal minuscule et cela signifie qu'il est difficile pour nous de construire des instruments suffisamment sensibles pour le faire. Et la façon dont nous le faisons est que nous prenons la lumière d'un laser, nous divisons cette lumière laser en deux et nous l'envoyons le long de deux chemins de quatre kilomètres de long. Il frappe des miroirs au bout de ces chemins, ces miroirs renvoient la lumière laser, la lumière s'additionne ensuite là-bas, et si elle s'additionne pour que vous obteniez un point lumineux ou si elle s'annule et vous obtenez un point sombre, dépend de la distance parcourue par la lumière sur ce chemin de quatre kilomètres. Maintenant, ce que fait une onde gravitationnelle, c'est qu'elle modifie la longueur des bras, les chemins que la lumière a parcourus et, fondamentalement, elle le fait en secouant les miroirs que nous avons posés. Le problème, c'est que cela ne les secoue pas beaucoup - cela secoue ces miroirs d'environ 1/10 000 de la taille d'un proton à l'intérieur d'un atome.

Graihagh - Alors, comment mesureriez-vous cela?

Sheila - C'est un grand défi et c'est l'une des raisons pour lesquelles il a fallu des décennies de travail pour le faire, et il y a plusieurs choses qui sont essentielles. Une chose incroyablement importante, bien sûr, est de prendre ces miroirs que l'onde gravitationnelle va secouer et de s'assurer que rien d'autre ne les secoue. Donc, nous ne pouvions pas simplement les asseoir sur le sol parce que le sol bouge tout le temps. Ça tremble à cause de tremblements de terre lointains, ça tremble juste à cause des gens qui passent devant des voitures, donc nous ne pouvons pas faire ça. Au lieu de cela, nous prenons les miroirs et nous les accrochons réellement.

Graihagh - Maintenant, ce n'est pas comme ça que vous accrocheriez un miroir au mur - pas de siree. Parce qu'une onde gravitationnelle qui le traverse déplacerait un miroir de moins que la largeur d'un proton et toutes ces autres choses que Sheila a mentionnées : l'activité sismique, même les voitures, déplacerait les miroirs et pourrait nous donner un faux positif. Alors, comment faites-vous un miroir immobile - je vous entends demander? L'un des éléments clés est ce avec quoi vous accrochez le miroir. LIGO a utilisé du verre ou de la silice ultra haute technologie pour l'accrocher car les molécules de silice ne vacillent pas trop. Vous pouvez considérer cela comme un peu comme les amortisseurs les plus sophistiqués du marché. Cela rend le miroir presque immobile. Le dernier élément clé est le fait qu'il existe plusieurs appareils qui enregistrent le mouvement des centaines de composants qui se connectent tous au miroir. Connaître à quel point ces différents éléments de la machinerie bougent signifie qu'ils peuvent rendre compte avec une grande précision de ces minuscules mouvements. Maintenant qu'ils ont fabriqué ces miroirs immobiles et qu'ils ont même détecté une onde gravitationnelle, quand détecteront-ils la suivante ?

Sheila - Nous ne connaissons pas encore la réponse. Nous avons plus de données, nous n'avons tout simplement pas encore eu le temps de regarder là-dedans et de voir ce qu'il y a dedans. Donc, nous ne savons pas, vous devrez attendre notre retour, mais nous vous promettons que nous cherchons durement.

Graihagh - Surveillez cet espace alors ?

Sheila - Ou comme mon collègue de Glasgow le dit souvent "regarde cet espace-temps".


Des ondes gravitationnelles trop éloignées nous atteindront-elles un jour ? - Astronomie

Lorsque vous regardez le ciel nocturne, vous voyez une vue très particulière de l'Univers. Vous voyez le rayonnement électromagnétique, la lumière, aux longueurs d'onde optiques d'objets comme les étoiles. Si vos yeux pouvaient voir les ondes radio, qui sont une autre longueur d'onde de la lumière, ils verraient une image très différente de l'Univers. Les sources de lumière radio sont différentes des sources de lumière optique. Les astronomes veulent construire toutes sortes de télescopes pour voir tout le spectre du rayonnement électromagnétique. Vous pouvez voir une vue de la Voie lactée à toutes les longueurs d'onde de lumière ici (à partir de cette page) et vous remarquerez peut-être que la vue que vous obtenez est très différente selon le type de télescope que vous construisez.

Pendant presque toute l'histoire de l'astronomie, nous avons observé l'Univers à travers une fenêtre électromagnétique. Pendant de nombreuses décennies, les astronomes se sont intéressés à l'observation de l'Univers à travers une fenêtre entièrement séparée : une fenêtre gravitationnelle. Contrairement aux ondes électromagnétiques, les ondes gravitationnelles sont de très légers changements dans l'espace-temps qui amènent les objets à se rapprocher ou à s'éloigner les uns des autres par des quantités infimes. Ils sont prédits à partir de la théorie de la relativité générale d'Einstein, et donc une détection fournit une preuve supplémentaire à l'appui de la théorie. Les sources d'ondes gravitationnelles sont très exotiques, la plus notable étant deux objets compacts comme des étoiles à neutrons ou des trous noirs en orbite proche. Lorsqu'elles tournent l'une autour de l'autre, des ondes gravitationnelles sont émises par le système. Puisque l'énergie quitte le système, les orbites rétrécissent, jusqu'à ce que les deux objets finissent par fusionner dans un événement violent. L'observation des ondes gravitationnelles nous permettra d'étudier la dynamique de ces systèmes à différentes échelles de taille.

Le 11 février 2016, la collaboration LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) a annoncé la détection d'ondes gravitationnelles à partir d'un binaire de trou noir. Il s'agit de la première détection concrète d'un système de double trou noir. Les deux trous noirs étaient les trous noirs de masse stellaire les plus massifs jamais détectés (par rapport aux autres objets candidats). Ils ont observé que la masse de l'objet fusionné était inférieure à celle de la somme, ce qui implique que la différence de masse a été convertie en une énorme quantité d'énergie qui a été perdue sous forme d'ondes gravitationnelles lors de l'événement de fusion (jusqu'à 5000 supernovae !). Ils ont également mesuré le spin du trou noir final, le taux de fusion des trous noirs dans l'univers local, etc. Tant de nouvelles compréhensions de la physique sont venues d'un seul événement d'onde gravitationnelle.

Depuis, plusieurs détections d'ondes gravitationnelles ont été signalées, notamment le premier événement impliquant l'inspiration et la fusion de deux étoiles à neutrons en 2017. Pour la première fois, les astrophysiciens ont mesuré un événement d'ondes gravitationnelles qui avait également une contrepartie électromagnétique, qui a été observée. par plusieurs télescopes sur Terre. On pense que les fusions d'étoiles à neutrons sont parmi les événements les plus énergétiques de l'univers, libérant des énergies qui pourraient potentiellement expliquer les conditions physiques uniques où les éléments les plus lourds, tels que l'or, seraient produits. La détection d'un binaire d'étoiles à neutrons a donné lieu à une ère passionnante de astronomie multi-messagers, ce qui nous apportera certainement des connaissances bien plus passionnantes !

Cette page a été mise à jour pour la dernière fois le 28 janvier 2019.

A propos de l'auteur

Michel Lam

Michael Lam est un étudiant diplômé de l'Université Cornell et membre de la collaboration de l'Observatoire nord-américain de nanohertz pour les ondes gravitationnelles (NANOGrav). Il travaille sur l'amélioration de la précision temporelle d'un réseau de pulsars millisecondes dans le but de détecter et d'étudier les ondes gravitationnelles. Il a obtenu son diplôme de premier cycle à l'Université Colgate en astronomie-physique et informatique et est originaire de New York.


GRANDE NOUVELLE : Pour la première fois, des astronomes détectent les ondes gravitationnelles de deux étoiles à neutrons qui s'écrasent ensemble !

Il y a très, très longtemps, une paire d'étoiles à neutrons était au bord d'un cataclysme.

Formés à partir d'étoiles massives des milliards d'années plus tôt, ces deux objets extrêmement denses dansaient l'un autour de l'autre depuis que l'Univers était jeune. Comme ils l'ont fait, ils ont lentement laissé échapper de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles, des ondulations dans le tissu même de l'espace et du temps. Lentement, oh si lentement, ils se rapprochèrent, tournant plus vite petit à petit tandis que leur orbite mutuelle se resserrait.

Les vagues qu'ils émettaient étaient un murmure au début, affectant à peine l'espace autour d'eux. Mais, au fil des éons, le murmure a grandi, jusqu'à ce que la perte d'énergie soit trop importante. Au cours des dernières millisecondes, tourbillonnant les unes autour des autres à une fraction substantielle de la vitesse de la lumière, le murmure des ondes gravitationnelles s'est transformé en cri, puis en rugissement.

A ce moment, la gravité mutuelle et féroce des deux étoiles à neutrons devint écrasante : Ils se sont littéralement déchirés. Au centre du maelström, la gravité était si intense que la matière s'est écrasée vers l'intérieur et les ondes gravitationnelles émises ont atteint un paroxysme. Le matériau était soumis à une telle force qu'ils ont creusé un trou dans l'espace et le temps : Un trou noir est né. et le cri des ondes gravitationnelles était son cri de naissance.

Alors que ce chaos autour du trou noir nouvellement formé commençait à s'organiser, le brassage de forces d'une sorcière d'une complexité phénoménale a également concentré des explosions jumelles d'énergie de haut en bas du chaos, d'énormes impulsions de lumière qui ont crié dans l'obscurité de l'espace.

Oeuvre montrant le moment de la collision de l'étoile à neutrons, avec des faisceaux d'énergie jaillissant et des ondes gravitationnelles secouant des ondulations dans le continuum espace-temps. Crédit : NSF/LIGO/Université d'État de Sonoma/A. Simonnet

Les ondulations dans l'espace des ondes gravitationnelles se sont déplacées vers l'extérieur, suivies de près par les puissants faisceaux de lumière. Ils ont voyagé pendant 130 millions d'années avant d'atteindre la Terre. Atténuées par la longueur de leur voyage, les vagues ont traversé notre planète, l'étirant très légèrement. À peine deux secondes plus tard, la lumière de la catastrophe descendit également sur notre planète.

Les éclairs d'énergie de la fusion d'étoiles à neutrons, envoyés à travers l'Univers avant que T. rex n'atteigne la Terre, ont atteint les instruments des astronomes sur et au-dessus de la Terre. et a signalé non seulement la naissance d'un trou noir, mais aussi d'un nouveau type d'astronomie.

Comme vous vous en doutez, c'est une très grande nouvelle. Les astronomes ont attendu très longtemps pour voir exactement ce genre d'événement.

Une étoile à neutrons est le vestige ultra dense du noyau d'une étoile massive après l'explosion des couches externes dans une supernova. Si deux étoiles massives sont en orbite l'une autour de l'autre, les deux peuvent devenir des étoiles à neutrons. Après des milliards d'années, ils s'enroulent en spirale et fusionnent, créant une explosion catastrophique appelée sursaut gamma. D'énormes faisceaux d'énergie sont projetés loin des pôles, focalisés par les champs magnétiques ridiculement puissants des deux étoiles.

Cette vidéo montre des modèles informatiques de la fusion des étoiles à neutrons et comment leurs champs magnétiques fusionnent pour former ces faisceaux.

Si vous avez prêté attention aux nouvelles de l'astronomie, vous savez peut-être que quatre événements d'ondes gravitationnelles ont été détectés positivement par le Laser Interferometry Gravitational Wave Observatory, ou LIGO. Celles-ci sont causées par la fusion de deux énormes trous noirs lorsqu'ils s'emboîtent en spirale, ils secouent le continuum espace-temps, créant des ondulations qui s'étendent un peu comme des vagues sur un étang lorsque vous y jetez un gros rocher. Ceux-ci s'étendent littéralement et compressent l'espace, mais au moment où ces ondes nous atteignent, elles ont une amplitude extrêmement faible et prennent des mesures incroyablement précises pour voir. LIGO est conçu pour les détecter.

Le premier de ces événements a été détecté en 2015. Trois autres ont été observés, le dernier en août 2017, lorsque LIGO a été rejoint par une autre installation, Virgo, en Europe. Ensemble, leur sensibilité a été augmentée, leur permettant de détecter des ondes gravitationnelles encore plus faibles.

L'espoir depuis un certain temps était que ces observatoires améliorés seraient également capables de détecter les fusions d'étoiles à neutrons, qui sont à plus faible énergie que les collisions de trous noirs, et donc plus difficiles à détecter.

Cet espoir est devenu réalité à 12h41 UTC le 17 août 2017 (trois jours seulement après la dernière détection de trou noir). Un faible signal a été reçu aux détecteurs à ce moment, correspondant au profil d'une collision étoile à neutrons/étoile à neutrons. Les astronomes l'ont baptisé GW170817 : un événement d'ondes gravitationnelles observé le 17 août 2017. C'était la première fois que les ondes gravitationnelles d'un tel événement étaient détectées !

Mais ce qui rend cela encore plus excitant, c'est que le télescope à rayons gamma Fermi en orbite au-dessus de la Terre a également détecté un faible flash de rayons gamma. juste deux secondes plus tard. Fermi dispose d'instruments conçus pour rechercher les sursauts gamma (GRB), les explosions extrêmement puissantes émises lors de la naissance des trous noirs. Les rayons gamma sont la forme de lumière la plus énergétique, émise dans une explosion féroce au moment de la formation d'un nouveau trou noir, et nous les détectons depuis des décennies à partir d'étoiles en explosion et de fusion d'étoiles à neutrons. La rafale que nous venons de voir, GRB 120817A, est l'une des centaines déjà vues, et en fait une assez faible à cela.

Mais la faiblesse de l'éclatement dément le caractère extraordinaire de l'événement : C'est la toute première fois qu'un GRB est détecté avec les ondes gravitationnelles de la formation du trou noir !

C'est incroyablement important. La direction de la source des ondes gravitationnelles est extrêmement difficile à déterminer en utilisant LIGO/Virgo, mais la détection des rayons gamma par Fermi a rétréci l'emplacement dans le ciel avec une précision bien plus élevée.

Le Very Large Telescope a été utilisé pour repérer GW170817 dans NGC 4993, c'est le point juste au-dessus et à gauche du noyau de la galaxie. Crédit : ESO/A.J. Levan, N.R. Tanvir

Et c'est là que cela s'améliore encore : les astronomes du monde entier ont été immédiatement avertis, et en quelques heures, ils se sont précipités pour rechercher l'endroit ciblé dans le ciel. Les images prises à l'aide du télescope de 1 mètre Henrietta Swopes à l'observatoire de Las Campanas au Chili ont été comparées à celles prises plus tôt dans la même région, et après avoir regardé seulement neuf images, elles ont atteint la saleté : un nouveau point de lumière situé très près du centre de la galaxie NGC 4993, une galaxie ancienne mais lumineuse à 130 millions d'années-lumière.

Ce point sans prétention avait une grande importance. Pour la première fois, les astronomes ont découvert la rémanence visible d'une fusion d'étoiles à neutrons qui avait également été détectée par des ondes gravitationnelles.

En tant qu'astronome, je peux vous dire que la nature de ceci n'est rien de moins qu'une percée. Avec la rémanence détectée, une énorme quantité de données devient disponible. La distance à la galaxie signifie que nous savons combien d'énergie a été émise. La vitesse à laquelle elle s'est évanouie a prouvé qu'il ne s'agissait pas seulement d'une supernova typique, d'une étoile qui explose qui s'estompe au fil des semaines et des mois, où celle-ci est tombée comme un rocher en quelques jours seulement.

La caméra à énergie noire a capturé GW170817 quelques heures seulement après l'événement, puis à nouveau deux semaines plus tard, date à laquelle il était devenu invisible. Crédit : M. Soares-Santos, D. E. Holz, J. Annis

Le matériau projeté vers l'extérieur par l'explosion a pu être examiné. Il se compose de deux composants, l'un légèrement étalé et se déplaçant très rapidement - un tiers de la vitesse de la lumière ! - et un plus épais, plus lent, se déplaçant vers l'extérieur à une vitesse de la lumière plus lente, mais toujours stupéfiante, 1/10 ème.

Alors que de plus en plus de télescopes observaient l'événement, on en apprenait davantage. Les ondes radio et les rayons X émis ont montré que les faisceaux de matière et d'énergie émis par l'explosion étaient dirigés légèrement loin de nous, probablement d'environ 30°. Alors que ce matériau heurtait la matière à l'intérieur de la galaxie hôte, il ralentissait et soufflait vers l'extérieur, les faisceaux s'élargissaient, étendant leur objectif, et nous, sur Terre si loin, en avons attrapé les bords. C'est pourquoi le sursaut gamma était faible, même si cet objet était très proche dans un sens cosmique par rapport à la plupart des GRB, nous n'avons vu que le bord de l'explosion. L'énergie reçue n'était qu'environ un millième de celle d'autres GRB comme celui-ci ailleurs, si les faisceaux avaient été dirigés directement vers nous, cela aurait été un événement incroyablement brillant (pour être clair, je veux dire brillant pour un astronome, cela aurait quand même pris un télescope pour le détecter).

Oeuvre représentant le moment de la collision entre deux étoiles à neutrons. L'explosion qui en résulte est… assez importante. Crédit : Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.

Et cela va encore mieux. Les astronomes ont pris des spectres de la rémanence, divisant la lumière en couleurs individuelles. Cela permet de glaner beaucoup d'informations sur la source. Ce qu'ils ont découvert, c'est que la façon dont le matériau brillait et s'estompait était cohérente avec la création de ce que nous appelons les éléments du processus r : et changer leur structure atomique en éléments plus lourds. Quels éléments ? Ceux comme l'or et le platine.

Vous portez des bijoux en or ? Certaines des parties de l'ordinateur sur lesquelles vous lisez cet article utilisent probablement de l'or et/ou du platine pour fonctionner. Jusqu'à présent, nous ne savions pas exactement comment ces éléments avaient été créés dans l'Univers, on pensait qu'ils avaient été formés lors d'explosions normales de supernova, mais la physique disait qu'ils devaient être créés ailleurs. Maintenant, nous savons où.

Est-ce que tu vois? Ces éléments ont été créés au cœur de la fusion catastrophique de deux étoiles à neutrons massives il y a des milliards d'années quelque part dans notre propre galaxie, une explosion énorme mais brève qui a laissé un trou noir et dispersé ces éléments précieux dans l'espace. Ils ont semé un nuage de gaz et de poussière, qui s'est lui-même effondré pour former le Soleil, les planètes. et la Terre. 4,56 milliards d'années plus tard, nous avons extrait ces matériaux de notre planète, les avons admirés, les avons utilisés pour nous parer et avons créé des machines qui nous ont permis de comprendre comment ces éléments se sont formés en premier lieu.

L'Univers a créé les conditions dans lesquelles il peut s'étudier. C'est ce que signifie cette nouvelle rafale.


LIGO voit les premières ondes gravitationnelles alors que deux trous noirs se mangent mutuellement

Mieux vaut commencer à faire briller de nouvelles médailles de prix Nobel : des scientifiques ont rapporté que, pour la toute première fois dans l'histoire, ils ont détecté des ondes gravitationnelles.

Et oh mon oui, c'est un très grosse affaire. Il ouvrira un tout nouveau domaine de l'astronomie, une nouvelle façon d'observer l'Univers. Sérieusement.

Les ondes gravitationnelles (à ne pas confondre avec les ondes gravitationnelles, qui sont une chose totalement différente) sont des ondulations dans le tissu de l'espace-temps, provoquées lorsqu'un objet massif est accéléré. Au moment où elles arrivent ici depuis des objets astronomiques lointains, les ondes ont une énergie incroyablement faible et sont incroyablement difficiles à détecter, c'est pourquoi il a fallu un siècle pour les découvrir depuis qu'elles ont été prédites pour la première fois par la théorie de la relativité générale d'Einstein. Essentiellement, toutes les autres prédictions de GR se sont avérées correctes, mais l'existence d'ondes gravitationnelles a été extrêmement difficile à prouver directement.

Jusqu'ici. Et ce qui a causé les ondes gravitationnelles qu'ils ont détectées à l'Observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser est aussi incroyable et époustouflante que les ondes elles-mêmes : elles ont attrapé la spirale de la mort et les conséquences de deux énormes trous noirs à 1,3 milliard d'années-lumière de la Terre, en fusionnant. dans un événement titanesque et d'une violence catastrophique.

Rappelez-vous, nous avons eu de bonnes preuves que de tels trous noirs binaires existaient avant cela, mais ce nouveau résultat prouve à peu près qu'ils existent et qu'au fil du temps, ils finissent par entrer en collision et fusionner. C'est énorme.

Les trous noirs avaient des masses de 36 et 29 fois la masse du Soleil avant de fusionner. Après ils ont fusionné, ils ont créé un seul trou noir avec une masse de 62 fois celle du Soleil. Vous remarquerez peut-être que ces masses ne s'additionnent pas, il manque 3 masses solaires. Cette masse n'a pas simplement disparu ! Elle a été convertie en énergie : l'énergie des ondes gravitationnelles elles-mêmes. Et le montant d'énergie est stupéfiant : cet événement unique a libéré autant d'énergie que le Soleil en 15 mille milliards années.

je connaître. Il n'y a rien dans cette histoire qui ne soit pas incroyablement cool.

Les données réelles reçues par les deux installations LIGO. Les oscillations de l'intrigue sont dues à la déformation physique de l'espace lorsque les ondes gravitationnelles émises par les trous noirs fusionnant ont traversé la Terre. Crédit : Abbot et al. 2016

Donc, pour mieux comprendre tout cela, vous aurez besoin d'un petit peu de contexte. Tout cela est très hallucinant, mais je vous promets que cela en vaut la peine.

Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle, de toute façon?

L'un des résultats de la théorie de la relativité générale d'Einstein est que l'espace et le temps sont deux facettes d'une même chose, que nous appelons espace-temps. Il y a beaucoup d'analogies pour cela, mais vous pouvez le considérer comme le tissu de l'espace, une tapisserie à quatre dimensions (trois de l'espace et une du temps) dans laquelle nous sommes tous intégrés. Rappelez-vous, ce n'est pas au sens propre comme ça, nous utilisons une analogie. Mais cela vous aidera à vous le représenter.

Nous pensons à la gravité comme à une force qui nous tire vers un objet. Mais Einstein l'a revisualisé, le voyant comme le résultat de la déformation de l'espace-temps. Un objet massif déforme la forme de l'espace et un autre objet se déplaçant dans cet espace déformé est accéléré. Nous voyons cela comme la gravité. In other words, matter tells space how to bend, and space tells matter how to move.

Objects with mass warp space, which we feel as gravity. Credit: ESA/C.Carreau

Another outcome of the mathematics of GR is that if a massive object is accelerated, it will cause ripples, waves, to move away from itself as it moves. These are actually ripples in the fabric of spacetime itself! Spacetime expands and contracts in complicated ways as a wave passes, a bit like how ripples will move out from a rock dropped into a pond, distorting the surface of the water.

There are lots of ways to generate gravitational waves. The more massive and dense an object is, and the harder it accelerates, the sharper and more energetic the waves are. The Earth moves around the Sun once per year, accelerated by the Sun’s gravity. But the motion is too slow and the Earth’s mass too low to ever hope to detect the mushy waves emitted.

But if you have two much more massive objects—like, say, neutron stars, the über-dense cores of stars that have previously exploded—they do generate waves that we can see.

In fact, we have! Kinda. In 1974, a binary neutron star system was discovered by astronomers Joseph Taylor and Russell Hulse. These two massive objects orbited each other very rapidly, once every eight hours or so. As they do, they emit a tiny bit of energy in the form of gravitational waves. That energy comes from the orbital energy of the stars themselves, so as they emit gravitational waves, they lose orbital energy. The orbit shrinks, and the time it takes the two stars to revolve around each other drops. Over time, that “orbital decay” can be very precisely measured … and it was seen! Not only that, it matched the prediction of GR perfectly.

The measured orbital decay of the two neutron stars (red crosses) matches the mathematcial prediction (smooth line) extremely well. Credit: Inductiveload/Wikimedia

Taylor and Hulse won the Nobel Prize for this. And they only detected gravitational waves indirectement. They saw how the loss of energy by emitting the waves affected the stars’ orbits. But they didn’t detect the waves themselves.

So How Did LIGO Do It?

Gravitational waves come in many shapes and forms, but what they all do is infinitesimally distort the shape of space. But how do you measure that? It’s not like you can hold a ruler up between two objects and measure how their distance apart changes when a wave passes through …

… right? Oh, wait. It turns out you can.

Enter LIGO: The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. LIGO is actually two facilities, one located in Washington state and the other in Louisiana (jointly operated by Caltech and MIT). Neither is what you might think of as an astronomical observatory: They each consist of very long pipes arranged in an L-shape. At the far end of each 4-kilometer-long pipe is a mirror.

One of the LIGO facilities seen from the air. Credit: LIGO

A very powerful laser sits near the vertex of the L, where the pipes meet. It sends out a pulse of light into a special mirror that splits the beam, sending half of it down one pipe, and the other half down the other pipe. Each mirror reflects is beam back down the pipe, and then they’re recombined inside a detector.

Here’s a video (credit: NSF) describing how this works:

Let me add what’ll seem like a bit of a non sequitur to help make this clear: Have you ever sat in a tub of water and sloshed your body back and forth? If you time it just right, you can amplify the wave of water coming back at you, making it splash higher. You can also time it just right so that you move in a way to negate the wave coming at you, too.

The motion of your body sets up the first wave. When you move again, you make a second wave. It the crest of the first wave hits the crest of the second wave, they amplify each other. If the trough of the second wave hits the crest of the first one, they negate each other.

This is called interference. Where the waves amplify it’s constructive interference, and where they negate each other its destructive interference.

Light is a wave. If the laser and the two mirrors in LIGO are set up just right, then the two beams will interfere with each other when they reach the detector. Interference patterns, called fringes, can be seen when you do that, and the exact pattern seen depends, in part on the exact distance between the mirrors. If one mirror moves a tiny bit relative to the other, then the fringe pattern changes.

See where this is going? If a gravitational wave passes through LIGO, one mirror will move a teeny tiny amount relative to the other, and that will create a change in the fringe pattern. Fringes are sensitive to extremely small changes in mirror position, so this is a great way to look for gravitational waves.

How sensitive? A typical gravitational wave will move the mirrors by about 0.0001 times the size of an atomic nucleus! So yeah, they’re sensitive.

LIGO has two such setups located thousands of kilometers apart to help distinguish real astronomical sources from things like earthquakes, trucks driving by, and so on. LIGO first went into operation in 2002. Over nearly a decade it looked but found no gravitational waves. In 2010 it shut down for a significant upgrade, making it far more sensitive. This new configuration started observing in September 2015.

Apparently, all this time they were right on the threshold of detection. Once the more sensitive rig was employed, it didn’t take long before they hit paydirt: This signal was detected on Sep. 14!

What Did They See?

Now we’re ready to put all this together.

Imagine two black holes in a very tight orbit around each other. Both are massive, and whipping around each other at a large fraction of the speed of light. They’ll be pouring out gravitational waves, ripples in spacetime expanding away at the speed of light. It’s possible LIGO could detect something like that, but there’s more to this.

As the black holes whirl madly and emit gravitational waves, they lose orbital energy. Like the neutron stars that got Taylor and Hulse their Nobel, the orbit of the two black holes shrinks. They revolve around each other ever faster.

This change in their orbital rate affects the waves they emit. The frequency of the waves (how many are emitted per second) depends on how rapidly the two objects orbit each other. As the orbit of the black holes shrinks, they revolve around each other faster, and the frequency of the gravitational waves goes up. But, since the black holes are moving more rapidly, they emit even more waves, so they lose energy faster, so they emit even Suite waves.

This is a runaway effect. The black holes get closer and closer together, whirl around each other faster, emit more and stronger gravitational waves with a higher frequency … until the black holes eat each other! They merge, becoming one (slightly larger) black hole.

What LIGO sees when this happens is the signature of the gravitational waves, with the frequency going up all the time. Sound is also a wave, and the frequency of sound waves is what we interpret as its pitch. A higher frequency sound has a higher pitch it’s a higher note, if you prefer.

As the black holes get close to merging, their frequency rockets up. In the sound analogy, it’s like they’re singing a note, and as they get closer the note gets stronger and stronger and higher and higher. At the end, the increase in pitch is so rapid it goes way up extremely quickly: This is a chirp.

Literally, a chirp is a sound where the frequency increases rapidly (listen to one here). So the signature of two black holes (or neutrons stars, or even white dwarfs) inspiraling and merging is a chirp in the gravitational waves. If you catch that, you’ve witnessed the black holes at The Moment Of Truth, when two become one.

And one last bit that boosts confidence: The signal from the merging black holes was detected in the Washington state detector first, then in the Louisiana detector 7 milliseconds later. That delay was due to the waves moving at the speed of light across space!

This merger is simply astonishing. It’s one of the most catastrophic events in the Universe, and until just last year we were essentially blind to it.

With this detection by LIGO, a new era in astronomy begins. In many cases, the gravitational waves are emitted from objects we can’t see directly, like black holes merging, or binary neutron stars. Sometimes, though, these objects do emit visible light. A supernova—an exploding star—can emit gravitational waves. Even more dramatically, when two neutron stars merge and form a black hole, they release not just gravitational waves, but also a huge flash of energy in the form of gamma rays and even visible light. These gamma-ray bursts occur in the Universe every day, and we see them all the time. If we can also detect the emitted gravitational waves from them, it will help astronomers understand these bizarre and incredibly violent phenomena.

Even better, we’re not starting fresh. Last year, the European Space Agency launched LISA Pathfinder into space. LISA stands for Laser Interferometer Space Antenna, and is basically a super-LIGO in space. LISA Pathfinder is a benchmark mission to test the very sophisticated technology involved. If it works, then a full-up LISA may be launched in the coming years, which will consist of three separate detectors separated in space by millions of kilometers. Its sensitivity will be far, far higher than LIGO’s, and will rip the field of gravitational wave astronomy wide open.

Whenever we find a new window into the Universe—radio waves, gamma rays, even the invention of the telescope itself—immense wonders have been our reward. In the vast majority of cases we had no clue what was waiting for us once we peered outwards in a new way. Stars numbered beyond imagining, galaxies packed together clear across the cosmos, planets, nebulae, and even an eventual understanding of how the Universe came to be, how it changes, and how it will evolve in the future.

The treasures, the beauty, the knowledge, have fundamentally changed how we humans see ourselves and our place in the Universe. And here we stand, our hand on another window, ready to throw it open.


LIGO: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory

The first successful identification gravitational waves occurred in 2015 with LIGO, an observatory consisting of two separate sets of equipment located far apart in the USA. Despite the idea being conceived in the 1980s and observations starting from 2002, the results were obtained only in 2015, when the technology was sufficiently advanced.

How does LIGO work?

LIGO is in principle a laser interferometer, as described in the previous section. However, given the weakness of gravitational waves, the set-up had to be huge enough and sensitive enough to detect the most minute results.

For this, each individual interferometer consisted of a 4 km long L-shaped tunnel, in which the laser beams travelled distances over a 1000 km by multiple reflections. Then, the sensors are sensitive enough to detect a change less than ten thousand times smaller than a proton’s width. For comparison, if the whole distance to the nearest star to the Solar system was used as a reference, the change was less than a hair’s thickness.

Two observatories were used, far apart, so that meaningless noise could be filtered out and only the actual signal would be recorded.

How LIGO works. The interferometer senses minuscule distortions in space caused by gravitational waves. (La source)

The successes

After over a decade of null results, LIGO obtained its first success in 2015. It observed the fusion of a pair of black holes, which first orbited each other before merging.

While the black holes themselves merged 1.3 billion years ago, it took so long for the waves from them to reach us and be detected. The gravitational wave carried away the mass lost by the black holes in the form of energy.

This was followed by further detection of black hole mergers in 2016 and 2017. In an even more startling step forwards, LIGO observed the merger of two neutron stars, which are visible, unlike black holes, in 2017.

Black hole merger, as visualized by an artist. Source.

The scientific community gave LIGO its due recognition. It, along with contributors, received the Special Breakthrough Prize Award in Fundamental Physics in 2016. The scientists who were part of its journey, Rainer Weiss, Kip Thorne and Barry Barish, received the Nobel Prize in Physics in 2017.


Astronomers Surprised by Lingering X-rays Years After Landmark Neutron Star Collision

It’s been three years since the landmark detection of a neutron star merger from gravitational waves. And since that day, an international team of researchers led by University of Maryland astronomer Eleonora Troja has been continuously monitoring the subsequent radiation emissions to provide the most complete picture of such an event.

Their analysis provides possible explanations for X-rays that continued to radiate from the collision long after models predicted they would stop. The study also reveals that current models of neutron stars and compact body collisions are missing important information. The research was published on October 12, 2020, in the journal Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Researchers have continuously monitored the radiation emanating from the first (and so far only) cosmic event detected in both gravitational waves and the entire spectrum of light. The neutron star collision detected on August 17, 2017, is seen in this image emanating from galaxy NGC 4993. New analysis provides possible explanations for X-rays that continued to radiate from the collision long after other radiation had faded and way past model predictions. Credit: E. Troja

“We are entering a new phase in our understanding of neutron stars,” said Troja, an associate research scientist in UMD’s Department of Astronomy and lead author of the paper. “We really don’t know what to expect from this point forward, because all our models were predicting no X-rays and we were surprised to see them 1,000 days after the collision event was detected. It may take years to find out the answer to what is going on, but our research opens the door to many possibilities.

The neutron star merger that Troja’s team studied — GW170817 — was first identified from gravitational waves detected by the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory and its counterpart Virgo on August 17, 2017. Within hours, telescopes around the world began observing electromagnetic radiation, including gamma rays and light emitted from the explosion. It was the first and only time astronomers were able to observe the radiation associated with gravity waves, although they long knew such radiation occurs. All other gravity waves observed to date have originated from events too weak and too far away for the radiation to be detected from Earth.

Seconds after GW170817 was detected, scientists recorded the initial jet of energy, known as a gamma ray burst, then the slower kilonova, a cloud of gas which burst forth behind the initial jet. Light from the kilonova lasted about three weeks and then faded. Meanwhile, nine days after the gravity wave was first detected, the telescopes observed something they’d not seen before: X-rays. Scientific models based on known astrophysics predicted that as the initial jet from a neutron star collision moves through interstellar space, it creates its own shockwave, which emits X-rays, radio waves and light. This is known as the afterglow. But such an afterglow had never been observed before. In this case, the afterglow peaked around 160 days after the gravity waves were detected and then rapidly faded away. But the X-rays remained. They were last observed by the Chandra X-ray Observatory two and a half years after GW170817 was first detected.

The new research paper suggests a few possible explanations for the long-lived X-ray emissions. One possibility is that these X-rays represent a completely new feature of a collision’s afterglow, and the dynamics of a gamma ray burst are somehow different than expected.

“Having a collision so close to us that it’s visible opens a window into the whole process that we rarely have access to,” said Troja, who is also a research scientist at NASA’s Goddard Space Flight Center. “It may be there are physical processes we have not included in our models because they’re not relevant in the earlier stages that we are more familiar with, when the jets form.”

Another possibility is that the kilonova and the expanding gas cloud behind the initial jet of radiation may have created their own shock wave that took longer to reach Earth.

“We saw the kilonova, so we know this gas cloud is there, and the X-rays from its shock wave may just be reaching us,” said Geoffrey Ryan, a postdoctoral associate in the UMD Department of Astronomy and a co-author of the study. “But we need more data to understand if that’s what we’re seeing. If it is, it may give us a new tool, a signature of these events that we haven’t recognized before. That may help us find neutron star collisions in previous records of X-ray radiation.”

A third possibility is that something may have been left behind after the collision, perhaps the remnant of an X-ray emitting neutron star.

Much more analysis is needed before researchers can confirm exactly where the lingering X-rays came from. Some answers may come in December 2020, when the telescopes will once again be aimed at the source of GW170817. (The last observation was in February 2020.)

“This may be the last breath of a historical source or the beginning of a new story, in which the signal brightens up again in the future and may remain visible for decades or even centuries,” Troja said. “Whatever happens, this event is changing what we know about neutron star mergers and rewriting our models.”

Reference: “A thousand days after the merger: continued X-ray emission from GW170817” by E. Troja, H. van Eerten, B. Zhang, G. Ryan, L. Piro, R. Ricci, B. O’Connor, M. H. Wieringa, S. B. Cenko and T. Sakamoto, 12 October 12 2020, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/staa2626

Additional authors of the paper from the UMD Department of Astronomy are Faculty Assistant Brendan O’Connor and Adjunct Associate Professor Stephen Cenko.

This work was partially supported by NASA (Chandra Award Nos. G0920071A, NNX16AB66G, NNX17AB18G, and 80NSSC20K0389.), the Joint Space-Science Institute Prize Postdoctoral Fellowship, and the European Union Horizon 2020 Programme (Award No. 871158). The content of this article does not necessarily reflect the views of these organizations.


Extreme kick

We knew that smaller black holes could merge and rebound like this, but this is the first time the aftermath has been observed with supermassive ones.

“The amount of energy that you need to kick a supermassive black hole out like this is equivalent to 100 million supernovae exploding simultaneously,” says Chiaberge. “Nothing else can really do that.”

If the black hole really is being propelled by gravitational waves, they got lucky in spotting it. “This is an extreme kick – right on the edge of what we’d expect – so it would be a very unusual system,” says Daniel Holz at the University of Chicago.

Such an unusual system might help provide evidence that supermassive black holes do merge in our universe, a phenomenon for which we only have circumstantial evidence so far. “It’s a big question: do two supermassive black holes actually merge, or do they stall and basically orbit each other for the age of the universe?” says Chiaberge. “Seeing this proves indirectly that they can merge.”

It is still possible, though, that the black hole wasn’t actually kicked out at all and is just located behind the galaxy to which it seems to belong. “It could be incredibly extreme physics or it could be pedestrian astronomy,” says Holz. “Time will tell.”

Journal reference: Astronomy & Astophysics, DOI: 10.1051/0004-6361/201629522