Dans le domaine des trous noirs, on reconnaît généralement trois catégories de taille : les trous noirs de masse stellaire (environ cinq à 50 fois la masse du Soleil), les trous noirs supermassifs (des millions à des milliards de fois la masse du Soleil), et les trous noirs de masse intermédiaire, dont la masse se situe quelque part entre ces deux extrêmes. Bien que l'on sache que les trous noirs de masse intermédiaire devraient exister, peu d'informations sont disponibles sur leurs origines ou leurs caractéristiques, ce qui les rend les rares « liens manquants » dans l'évolution des trous noirs. Cependant, quatre nouvelles études menées par une équipe dirigée par Karan Jani, assistant professor de physique et d'astronomie à l'université Vanderbilt et fondateur du Vanderbilt Lunar Labs Initiative, ont apporté de nouveaux éclairages sur cette énigme. La principale étude, intitulée « Properties of 'Lite' Intermediate-Mass Black Hole Candidates in LIGO-Virgo's Third Observing Run », a été publiée dans les Astrophysical Journal Letters. Elle a été menée par Anjali Yelikar, chercheuse postdoctorale au Lunar Labs, et Krystal Ruiz-Rocha, candidate au doctorat en astrophysique. L'équipe a réanalysé les données issues des détecteurs LIGO aux États-Unis et Virgo en Italie, qui ont remporté le prix Nobel. Les résultats montrent que ces ondes gravitationnelles correspondent à des fusions de trous noirs dont la masse est supérieure à 100 à 300 fois celle du Soleil, faisant ainsi de ces événements les plus lourds jamais enregistrés en astronomie. Jani a déclaré : « Les trous noirs sont les fossiles cosmiques ultimes. Les masses de trous noirs rapportées dans cette nouvelle analyse étaient hautement spéculatives en astronomie. Cette nouvelle population de trous noirs ouvre une fenêtre sans précédent sur les premières étoiles qui ont illuminé notre univers. » Les détecteurs terrestres comme LIGO ne capturent qu'une fraction de seconde de la collision finale de ces trous noirs de masse intermédiaire, ce qui rend difficile la détermination de leur création. Pour surmonter cet obstacle, l'équipe de Jani s'est tournée vers la mission future de l'Agence spatiale européenne et de la NASA, le Laser Interferometer Space Antenna (LISA), prévu pour le début des années 2040. Dans deux études supplémentaires publiées dans The Astrophysical Journal, « A Sea of Black Holes: Characterizing the LISA Signature for Stellar-origin Black Hole Binaries », dirigée par Ruiz-Rocha, et « A Tale of Two Black Holes: Multiband Gravitational-wave Measurement of Recoil Kicks », dirigée par l'ancien stagiaire de recherche Shobhit Ranjan, l'équipe a montré que LISA pourrait suivre ces trous noirs des années avant leur fusion, fournissant des informations précieuses sur leur origine, leur évolution et leur destin. La détection des ondes gravitationnelles provenant des collisions de trous noirs nécessite une précision extrême, comparable à l'écoute d'une épingle tombant pendant un ouragan. Dans une quatrième étude également publiée dans The Astrophysical Journal, intitulée « No Glitch in the Matrix: Robust Reconstruction of Gravitational Wave Signals under Noise Artifacts », dirigée par le chercheur postdoctoral Chayan Chatterjee, l'équipe a démontré comment des modèles d'intelligence artificielle garantissent que les signaux de ces trous noirs restent intacts malgré le bruit environnemental et celui des détecteurs. Cette étude fait partie du programme AI for New Messengers de Jani, une collaboration avec l'Institut de sciences des données. Ruiz-Rocha a souligné : « Nous espérons que cette recherche renforce le cas des trous noirs de masse intermédiaire comme la source la plus passionnante dans le réseau de détecteurs d'ondes gravitationnelles, de la Terre à l'espace. Chaque nouvelle détection nous rapproche de la compréhension de l'origine de ces trous noirs et de la raison pour laquelle ils se situent dans cette gamme de masse mystérieuse. » À l'avenir, Yelikar prévoit d'explorer comment les trous noirs de masse intermédiaire pourraient être observés à l'aide de détecteurs installés sur la Lune. « L'accès aux fréquences inférieures des ondes gravitationnelles depuis la surface lunaire pourrait nous permettre d'identifier les environnements dans lesquels vivent ces trous noirs, quelque chose que les détecteurs terrestres ne peuvent pas résoudre, » a-t-elle expliqué. En plus de poursuivre cette recherche, Jani collaborera avec les National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine sur une étude sponsorisée par la NASA visant à identifier les destinations lunaires à forte valeur ajoutée pour l'exploration humaine, en vue d'atteindre des objectifs scientifiques décennaux. Il contribuera au Panel on Heliophysics, Physics, and Physical Science pour définir et articuler les objectifs scientifiques liés à la physique solaire, la météo spatiale, l'astronomie et la physique fondamentale, qui seraient le plus facilités par la présence d'explorateurs humains sur la Lune. « C'est un moment historique passionnant, non seulement pour l'étude des trous noirs, mais aussi pour rassembler les frontières scientifiques avec la nouvelle ère de l'exploration spatiale et lunaire, » a conclu Jani. « Nous avons une occasion unique de former la prochaine génération d'étudiants dont les découvertes seront façonnées par, et réalisées depuis, la Lune. » Informations Contextuelles Karan Jani est un chercheur reconnu dans le domaine des ondes gravitationnelles et des trous noirs. Son initiative Vanderbilt Lunar Labs vise à développer des technologies et des méthodes d'observation à partir de la Lune, offrant des perspectives uniques en raison de l'absence de bruit atmosphérique et de l'accès à des fréquences d'ondes gravitationnelles plus basses. Ces études renforcent l'importance de la mission LISA, qui promet de révolutionner notre compréhension des trous noirs de masse intermédiaire et de l'univers primordial. Les travaux de Jani et de son équipe soulignent également l'importance de l'exploration lunaire pour l'avancement des sciences spatiales et de la physique.