Trou noir voyou repéré pour la première fois
Les astronomes ont peut-être pour la première fois détecté et mesuré la masse d’un trou noir isolé de masse stellaire, selon une nouvelle étude.
Des recherches antérieures ont suggéré que lorsque des étoiles géantes de plus de 20 fois la masse atteignent la fin de leur vie, elles meurent généralement dans des explosions catastrophiques appelées supernovas, et leurs noyaux denses devraient s’effondrer pour devenir des trous noirs.
On estime que les étoiles suffisamment grosses pour créer des trous noirs représentent environ une étoile sur mille, ce qui suggère que dans la Voie lactée, « il devrait y avoir environ 100 millions de trous noirs de masse stellaire », a déclaré l’auteur principal de l’étude Kailash Sahu, astrophysicien à le Space Telescope Science Institute de Baltimore, a déclaré à Space.com. (Les trous noirs de masse stellaire font jusqu’à quelques fois la masse du soleil, par opposition aux trous noirs supermassifs de plusieurs millions de milliards de masses solaires.)
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Jusqu’à présent, tous les trous noirs de masse stellaire détectés à ce jour existaient dans des systèmes binaires avec des partenaires tels que des étoiles à neutrons. En revanche, la majorité des trous noirs de masse stellaire de la Voie lactée devraient être des singletons, a déclaré Sahu.
Cependant, « personne n’a jamais été en mesure de trouver un trou noir isolé », a déclaré Sahu. Comme leur nom l’indique, les trous noirs absorbent toute lumière qui leur tombe dessus, ce qui les rend difficiles à détecter dans l’obscurité de l’espace. Les trous noirs sont plus faciles à détecter dans les systèmes binaires car leurs interactions avec leurs partenaires peuvent générer des ondes lumineuses ou gravitationnelles dont les propriétés signalent la présence d’un trou noir. En revanche, les trous noirs isolés manquent de tels partenaires pour aider à révéler leur existence.
Maintenant, avec l’aide du télescope spatial Hubble de la NASA, les scientifiques ont découvert un trou noir de masse stellaire isolé à environ 5 150 années-lumière de la Terre, en direction du renflement au centre de la Voie lactée.
« Nous savons maintenant qu’il existe des trous noirs isolés », a déclaré Sahu. « Et ils ont des masses similaires aux trous noirs trouvés dans les binaires. Et il doit y en avoir beaucoup là-bas. »
La clé derrière cette découverte est la façon dont de puissants champs gravitationnels, tels que ceux appartenant aux trous noirs, déforment le tissu de l’espace et du temps. En tant que tels, ils peuvent agir comme des loupes, un phénomène connu sous le nom de « lentille gravitationnelle. »
« Si l’on peut détecter et mesurer la courbure de la lumière causée par ces objets massifs, il est possible de les détecter et de mesurer leurs masses », a déclaré Sahu.
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Un certain nombre de programmes d’enquête au sol surveillent des millions d’étoiles chaque nuit pour détecter les événements de lentille gravitationnelle « où une étoile s’éclaircit et s’estompe lentement au fil des jours ou des mois », a déclaré Sahu. « Ce phénomène de microlentille est causé par un objet intermédiaire, qui peut être une étoile ou une naine blanche ou une étoile à neutrons ou un trou noir ou ainsi de suite. Les programmes d’enquête détectent généralement environ 2 000 événements de microlentille par an. Un petit nombre d’entre eux sont devrait être causé par des trous noirs. »
Plus la masse d’un objet à lentille gravitationnelle est grande, plus l’éclaircissement résultant est long. Puisqu’un trou noir devrait être massif, son événement de microlentille devrait avoir une longue durée. « De plus, un trou noir devrait être sombre », a expliqué Sahu. « Nous utilisons donc ces deux critères comme critères principaux : l’événement doit avoir une longue durée et l’objectif ne doit émettre aucune lumière. »
Cependant, les étoiles de petite masse qui se déplacent lentement dans le ciel peuvent également sembler relativement sombres et générer des événements de lentille gravitationnelle de longue durée. Une façon de distinguer un trou noir isolé d’une étoile de petite masse est le fait qu’un trou noir déviera la lumière des étoiles d’arrière-plan « suffisamment pour qu’elle puisse être mesurée avec Hubble », a déclaré Sahu. « Si les observations de Hubble montrent une grande déviation mais pas de lumière de la lentille, alors ce serait un trou noir. »
En combinant les observations de Hubble avec les données du télescope au sol, les scientifiques ont découvert un événement de microlentille d’une durée de 270 jours, appelé MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462, qui, selon eux, provenait probablement d’un trou noir isolé.
« Il a fallu deux ans de planification suivis de six ans d’observation avec Hubble, mais c’était très satisfaisant de voir les résultats incroyables », a déclaré Sahu. « Il était immédiatement clair comme la lumière du jour qu’il s’agissait d’un trou noir, il n’y avait rien d’autre qui pouvait provoquer les déviations que nous avons mesurées. »
Les chercheurs ont estimé que ce trou noir isolé faisait environ 7,1 fois la masse du soleil. Ils ont également découvert que ce trou noir se déplaçait à une vitesse d’environ 100 000 mph (162 000 km/h). Cela suggère que ce trou noir a peut-être reçu un coup de pied de l’explosion de la supernova qui lui a donné naissance.
Les futurs observatoires tels que Le télescope spatial romain Nancy Grace et l’observatoire Vera C. Rubin au Chili pourraient « aider énormément » à découvrir des trous noirs de masse stellaire plus isolés, a déclaré Sahu.
Les scientifiques ont détaillé leurs découvertes en ligne le 31 janvier dans une étude soumis à l’Astrophysical Journal.
Publié à l’origine sur Space.com.