Des astronomes détectent enfin un trou noir "poids-moyen"

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Image de l'amas stellaire Omega centauri, prise par le télescope Hubble, et distribuée par l'Agence spatiale européenne le 10 juillet 2024

Image de l'amas stellaire Omega centauri, prise par le télescope Hubble, et distribuée par l'Agence spatiale européenne le 10 juillet 2024

EUROPEAN SPACE AGENCY/AFP
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L'Univers est riche de trous noirs, avec des poids lourds supermassifs nichés au cœur des galaxies ou des poids légers conçus dans l'effondrement d'une étoile, mais la quête d'un "poids moyen" était jusqu'ici sans succès.

Des astronomes ont affirmé mercredi avoir trouvé la meilleure preuve d'un tel chaînon manquant dans Omega centauri, le plus grand amas d'étoiles de la Voie lactée, à quelques 18.000 années lumières de la Terre.

Ils ont remarqué "quelque chose de curieux" au centre de cet amas de quelques dix millions d'étoiles, a expliqué à l'AFP Maximilian Häberle, doctorant à l'Institut allemand Max Planck pour l'astronomie.

Sept étoiles s'y déplaçaient trop rapidement par rapport à leurs consœurs, ce qui aurait dû les faire sortir de l'amas. Mais elles semblaient retenues par l'attraction gravitationnelle d'un corps aussi massif qu'invisible.

"Un très grand espace"

Des calculs simulant le mouvement des sept étoiles ont permis de déterminer qu'il s'agissait d'un trou noir niché au cœur d'Omega centauri et doté d'une masse équivalente à celle de 8.200 Soleil.

Vue polarisée de la lumière ceinturant le trou noir supermassif Sagittarius A* au coeur de la Voie lactée, dans une image distribuée par l'Observatoire européen austral le 27 mars 2024

Vue polarisée de la lumière ceinturant le trou noir supermassif Sagittarius A* au coeur de la Voie lactée, dans une image distribuée par l'Observatoire européen austral le 27 mars 2024

European Southern Observatory/AFP/Archives

Exactement celle qu'on pourrait attribuer à un trou noir intermédiaire. Un trou noir dit stellaire peut avoir une masse jusqu'à quelques 150 masse solaire, quand un supermassif dépasse aisément les 100.0000 masse solaire. Par exemple, Sagittarius A*, au cœur de la voie lactée, a une masse de quatre millions de fois celle du Soleil.

Ce qui laisse "un très grand espace" entre ces deux extrêmes pour les trous noirs intermédiaires, a remarqué Maximilian Häberle, premier auteur de l'étude parue dans Nature. Et très peu de candidats pour les représenter.

Les trous noirs sont impossibles à détecter autrement qu'indirectement, car même la lumière ne peut échapper à leur force gravitationnelle. Ceux de catégorie intermédiaire sont d'autant plus discrets qu'ils absorbent peu de matière environnante et émettent donc moins de lumière à ce moment là.

Image du centre de l'amas stellaire Omega centauri, prise par le télescope Hubble, et où a été détecté la présence d'un trou noir, dans une photo  distribuée par l'Agence spatiale européenne le 10 juillet 2024

Image du centre de l'amas stellaire Omega centauri, prise par le télescope Hubble, et où a été détecté la présence d'un trou noir, dans une photo distribuée par l'Agence spatiale européenne le 10 juillet 2024

GETTY IMAGES NORTH AMERICA/AFP/Archives

Maximilian Häberle espère que cette découverte mettra un terme à deux décennies de disputes entre astronomes pour savoir si Omega centauri abrite un trou noir intermédiaire.

L'équipe a fouillé les données de vingt ans d'observations du télescope Hubble pour déterminer le mouvement d'1,4 million d'étoiles dans Omega centauri. Ils ont pu exclure des scénarios impliquant plusieurs trous noirs stellaires ou des systèmes d'étoiles binaires, selon M. Häberle.

Une confirmation définitive de l'existence du trou noir intermédiaire nécessiterait d'observer directement le mouvement des étoiles en orbite autour de lui, ce qui nécessiterait des centaines d'années, a-t-il ajouté.

Meilleure preuve

Plusieurs astronomes non liés à l'étude ont estimé qu'il s'agissait là de la meilleure preuve à date de l'existence des trous noirs intermédiaires.

"Ce résultat ouvre la porte pour savoir à quel point de tels trous noirs sont courants", a dit à l'AFP Jenny Greene, astrophysicienne à l'Université de Princeton. Au moins autant que les trous noirs supermassifs, selon elle, voire jusqu'à cinq fois plus nombreux.

L'étude de ces objets étranges doit permettre aussi de comprendre comment les trous noirs gagnent en masse. Une théorie veut ainsi que des trous noirs fusionnent entre eux.

Mais cela n'explique pas la découverte récente avec le télescope James Webb de trous noirs supermassifs seulement quelques centaines de millions d'années après le Big bang, dans les premiers âges de l'Univers.

Car des trous noirs stellaires n'auraient alors pas eu suffisamment de temps pour fusionner en grand nombre et donner naissance à ces poids lourds.

Les astronomes placent tous leurs espoirs dans la mise en route attendue en 2028 de l'ELT (Extremely large telescope), le plus grand télescope au monde, pour tenter d'en savoir plus sur les trous noirs, moyens et lourds.

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