GW190521 est un événement d’ondes gravitationnelles détecté le 21 mai 2019 par les détecteurs LIGO et Virgo, produit par la fusion de deux trous noirs parmi les plus massifs jamais observés dans ce contexte. Le trou noir résultant, d’environ 142 masses solaires, est le premier trou noir de masse intermédiaire confirmé créé directement par fusion — et l’un des objets les plus exotiques jamais détectés par l’astronomie des ondes gravitationnelles.
Description
Les deux trous noirs impliqués dans GW190521 avaient des masses d’environ 85 et 66 masses solaires. Ce qui rend cet événement particulièrement remarquable, c’est la masse du trou noir le plus massif des deux : 85 masses solaires le place dans ce que les physiciens appellent le mass gap de l’instabilité par paires — une fourchette de masses (entre ~65 et ~135 masses solaires) dans laquelle les étoiles ne sont théoriquement pas censées laisser de trou noir à leur mort, car elles se désintègrent entièrement dans une explosion thermonucléaire avant de s’effondrer.
La présence d’un objet de 85 masses solaires implique donc que ce trou noir n’est pas issu directement de la mort d’une étoile, mais probablement d’une fusion antérieure de deux trous noirs plus petits — une fusion de deuxième génération. Cela ouvre la perspective fascinante d’une hiérarchie de fusions, où les trous noirs grandissent progressivement par absorption de leurs congénères dans des environnements denses.
Le signal gravitationnel lui-même est extrêmement bref — à peine quelques cycles oscillatoires — correspondant à une fusion très rapide et très massive. Cette brièveté rend l’analyse du signal plus complexe que pour les fusions classiques.
Observation
GW190521 n’a pas été observé en lumière visible, rayons X ou radio de façon confirmée :
- Le signal gravitationnel a duré moins d’une seconde dans la bande de fréquence des détecteurs
- Une contrepartie électromagnétique candidate a été signalée par le Zwicky Transient Facility (ZTF), mais son association avec GW190521 reste débattue
- Aucun neutrino associé n’a été détecté
Particularités
GW190521 a créé le premier trou noir de masse intermédiaire (entre 100 et 1000 masses solaires) dont la formation directe par fusion a été observée. Cette catégorie d’objets, longtemps théorique, constitue potentiellement le chaînon manquant entre les trous noirs stellaires et les trous noirs supermassifs qui résident au cœur des galaxies.
La localisation spatiale du signal gravitationnel, très imprécise comme souvent pour les événements LIGO/Virgo, coïncide avec la direction du quasar AGN J124942.3+344929. Si l’association avec la contrepartie ZTF est confirmée, cela signifierait que la fusion s’est produite dans le disque d’accrétion de ce quasar — un environnement idéal pour favoriser les fusions de deuxième génération.
Cet événement est l’un des arguments observationnels les plus solides en faveur du scénario de croissance hiérarchique des trous noirs dans des amas stellaires denses ou des disques d’accrétion actifs.