Le télescope Hubble confirme l’existence d’énigmatiques trous noirs intermédiaires
Les trous noirs sont souvent au premier plan des médias scientifiques. Quel changement depuis le début des années 1960 ! Le physicien lauréat du prix Nobel Kip Thorne a raconté queatmosphèreatmosphère était telle à cette époque qu’un éminent chercheur lui avait déconseillé de se lancer dans une thèse en astrophysique relativiste, notamment parce qu’il y avait peu de chances que la théorie deeffondrementeffondrement La théorie de la transformation des étoiles massives en trous noirs développée par Oppenheimer et ses étudiants est pertinente et, de toute façon, il n’y aurait aucun moyen, ou presque, d’en avoir la preuve expérimentale.
Aujourd’hui, nous réalisons des images de l’ombre de l’horizon des événements de trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs et nous pouvons même observer des émissions provenant du disque d’accrétion du premier trou noir stellairetrou noir stellaire détecté, Cygnus X1, avec l’un des télescopestélescopes 1 mètre depuis le DUAO de l’Observatoire de la Côte d’Azur. Rappelons que les trous noirs stellaires se produisent suite à l’effondrement d’une étoile d’au moins 10 massesmasses panneaux solaires lorsqu’ils sont en fin de vie. Ceux que nous connaissons dans le voie Lactéevoie Lactée contiennent environ dix masses solaires, mais l’astronomie de ondes gravitationnellesondes gravitationnelles a mis en évidence certains qui contiennent plusieurs dizaines de masses solaires.
Des graines de trous noirs supermassifs ?
Les trous noirs supermassifs connus contiennent un million à plusieurs milliards de fois la masse du Soleil, et nous ne savons toujours pas vraiment comment ils sont nés ou comment ils ont évolué, bien que nous ayons plusieurs idées à ce sujet. De manière remarquable, une curieuse relation a été découverte entre la masse des trous noirs supermassifs trouvés dans galaxies spiralesgalaxies spirales et la masse du bulbe de ces galaxies. Elle est d’environ un facteur 1 000, très souvent. Cette relation suggère que les trous noirs et les galaxies naissent ensemble, ce qui suggère que les galaxies de faible masse doivent avoir des trous noirs de masse intermédiaire, entre une centaine de masses solaires et moins d’un million de masses solaires.
On peut aussi penser qu’en raison de la fusionsfusions des galaxies observées – en particulier lorsque la cosmoscosmos était plus jeune – ces trous noirs intermédiaires ont à leur tour fusionné pour former des trous noirs supermassifs. On peut aussi penser que les courants de matièrematière Le rayonnement froid qui tombe sur les galaxies a provoqué la croissance de ces trous noirs. Cela soulève au moins deux questions. Les trous noirs de masse intermédiaire existent-ils réellement et quel est leur rôle dans le processus de croissance des trous noirs supermassifs ?
Une équipe internationale deastrophysiciensastrophysiciens dirigé par des chercheurs de l’Université de l’Utah et du Max-PlanckPlanck l’astronomie vient de contribuer à répondre à la première question avec une publication dans la célèbre revue Nature – publication disponible en libre accès sur arXiv. Les chercheurs le confirment davantage solidesolide une découverte faite il y a presque 16 ans avec le télescope Le télescope HubbleLe télescope Hubbleet dont Futura avait parlé à l’époque dans l’article précédent ci-dessous.
Une présentation de la découverte de Hubble concernant M4. Pour obtenir une traduction française assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Centre de vol spatial Goddard de la NASA
C’est la présence au cœur de ce qui apparaît à première vue comme une amas globulaireamas globulaire de 10 millions d’étoiles provenant d’un trou noir de masse intermédiaire, dans ce cas dans Omega Centauri à environ 15 700 Années lumièreAnnées lumière de Système solaireSystème solaire.
Avec un diamètre d’environ 253 années-lumière, il est donc peuplé d’étoiles distantes de 0,1 année-lumière en moyenne, et avec une masse équivalente à 4 millions de masses solaires, il est l’amas globulaire le plus massif et le plus grand connu de la Voie Lactée.
Les trous noirs trahis par la vitesse des étoiles en orbite
En fait, l’année dernière, un candidat au titre de trou noir intermédiaire avait également été découvert dans les observations de Hubble de l’amas globulaire M4, mais avec une masse beaucoup plus légère, environ 800 masses solaires, tandis que dans le cas d’Omega Centauri, on parle désormais d’un étoileétoile compact de 8 200 masses solaires.
Encore une fois, comme dans le cas du trou noir supermassif de notre galaxie, ce sont les études de mouvementsmouvements de plusieurs étoiles qui ont mis en évidence l’effet de l’attraction d’une masse concentrée dans un volumevolume seulement 3 mois-lumière de diamètre et ne rayonnant pas, ce qui a conduit à l’idée que nous observions l’influence d’un trou noir intermédiaire.
Une plongée vertigineuse au cœur d’Omega Centauri. © Max-Planck-Institut für Astronomie
Il a fallu fouiller dans les données concernant la vitessesvitesses L’équipe de Hubble a pu déterminer la taille de 1,4 million d’étoiles en étudiant plus de 500 images de l’amas prises par Hubble. Comme l’explique un communiqué de presse de l’Université de l’Utah, la plupart de ces images ont été prises dans le but d’étalonner les instruments de Hubble plutôt que pour une utilisation scientifique.
Au final, sept étoiles ont émergé des analyses qui se déplaçaient rapidement en raison de la présence de masse concentrée à proximité (voir la fin de la vidéo ci-dessus). Pour une seule étoile, il serait impossible de dire si elle était rapide parce que la masse centrale était grande ou parce que l’étoile était très proche de la masse centrale. Mais sept étoiles avec des vitesses et des directions de mouvement différentes ont permis de séparer les différents effets et de déterminer qu’il y avait un trou noir central dans Omega Centauri.
» Seule une étoile rapide de l’image pourrait ne pas appartenir à Oméga du Centaure. Il pourrait s’agir d’une étoile extérieure à l’amas qui passerait par hasard derrière ou devant le centre d’Oméga du Centaure. Cependant, les observations de sept de ces étoiles ne peuvent être une pure coïncidence et ne laissent aucune place à d’autres explications qu’un trou noir. « , ajoute le communiqué, qui précise également que les études concernant ce trou noir se poursuivront avec le James-Webb.
En vidéo : une graine de trou noir supermassif dans un amas globulaire ?
Article de Laurent SaccoLaurent Saccopublié le 4 avril 2008
Omega Centauri est un célèbre amas globulaire identifié comme tel par John Herschel. Mais il pourrait en réalité s’agir de quelque chose de complètement différent : les restes d’un galaxie nainegalaxie naine se débarrasser de son matière noirematière noire et contenant un trou noir central de masse intermédiaire. Les galaxies de ce type pourraient être les germes qui fusionnent pour former les trous noirs supermassifs des grandes galaxies.
Jusqu’à présent, à une exception près, deux types de trous noirs ont été observés dans leUniversUnivers. Ceux de quelques masses solaires, les trous noirs stellaires, et ceux dépassant le million de masses solaires, qui se trouvent au centre des grandes galaxies, généralement à l’origine de noyaux galactiques actifsnoyaux galactiques actifs. Or, c’est du moins la conviction intime des astrophysiciens relativistes, il devrait exister une gamme continue de masses de trous noirs entre ces deux extrêmes. D’autant plus que l’existence de trous noirs de masses intermédiaires serait un bon moyen de comprendre comment les trous noirs supermassifs actuels seraient apparus par fusions successives.
LE astronomesastronomes semblent enfin en avoir observé une sans l’ombre d’un doute grâce aux télescopes Hubble et Gemini. Ils ont en effet scruté avec attention les mouvements des étoiles centrales d’un des amas globulaires de orbiteorbite autour de la Voie Lactée. C’est un objet astronomique connu depuis l’Antiquité et qui avait été classé par PtoléméePtolémée comme une étoile : Oméga du Centaure, ou Oméga du Centaure. Situé à 17 000 années-lumière de la Terre, au-dessus du plan galactique, c’est l’amas globulaire le plus grand et le plus brillant visible à laœilœil nu.
Trop de générations pour un seul cluster
On sait depuis longtemps qu’Omega Centauri possède des caractéristiques particulières qui le distinguent des autres amas globulaires. Tout d’abord, il est très aplati et tourne plus vite que les autres amas. Mais surtout, il contient plusieurs générations d’étoiles, ce qui cadre mal avec la théorie de la formation ancienne des amas globulaires. Or, en mesurant les mouvements des étoiles proches de son centre, on a remarqué qu’elles se déplaçaient plus vite que prévu. Ces vitesses pourraient s’expliquer facilement s’il existait au centre de l’amas un trou noir d’environ 40 000 masses solaires, un trou noir intermédiaire.
Pour les astronomes, Omega Centauri a longtemps été exclue des groupes globulaires. Un nouveau résultat obtenu par le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA et l’observatoire Gemini apporte une explication surprenante aux particularités d’Omega Centauri. Pour obtenir une traduction française assez précise, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © HubbleWebbESA
Une telle découverte conduit les astrophysiciens à penser qu’Omega Centauri n’est pas en fait un amas globulaire mais les restes d’une galaxie naine qui a été capturée par la Voie Lactée et largement dépouillée de sa matière noire par forces de maréeforces de marée ainsi qu’une partie de sa population stellaire. En effet, la masse totale d’Omega Centauri, avec son trou noir, n’est plus très éloignée de celle d’une galaxie naine.
Les astrophysiciens estiment la masse initiale d’Omega Centauri à dix millions de masses solaires. Si ce type de galaxie obéit à la même loi qui lie la masse d’une galaxie à celle de son trou noir central, alors on retrouve une bonne concordance avec la masse du trou noir d’Omega Centauri.
