Hubble débusque plus de 20 trous noirs regroupés au même endroit

 

 

Laurent Sacco

Journaliste

Publié le 12/02/2021

On s'attendait à trouver un représentant des mythiques trous noirs de masse intermédiaire au cœur de l'amas globulaire NGC 6397 en utilisant les observations de Hubble et de Gaia. Mais, à la place, on a découvert une population dense de trous noirs au cœur de cet amas dont le diamètre est inférieur à 100 années-lumière.

 

 

On sait reproduire sur ordinateur l’effondrement gravitationnel des étoiles ayant épuisé leur carburant nucléaire central et l'on sait qu'en utilisant les lois de la physique connues, un trou noir doit inévitablement se former. Des candidats au titre de trou noir stellaire, contenant quelques dizaines de masses solaires tout au plus ont été détectés dès les années 1970, notamment à cause des rayons X qu'émettent les disques d'accrétion qui les entourent.

Dès les années 1960, la découverte des quasars a rapidement été interprétée en imaginant qu'il s'agissait cette fois-ci de trous noirs supermassifs accrétant, là aussi, de la matière. Cette hypothèse s'est renforcée au cours des cinquante dernières années, d'abord et en particulier avec les travaux des prix Nobel de physique Andrea Ghez et Reinhard Genzel, puis plus récemment avec les résultats des observations de la collaboration Event Horizon Telescope.

Toutefois, ces objets qui contiennent au moins un million de masses solaires ont une origine qu'il est beaucoup plus difficile de déterminer clairement. Plusieurs hypothèses ont été proposées dont celle des trous noirs intermédiaires avec des masses seraient comprises entre une centaine de masses solaires et un million de fois la masse du Soleil. Des fusions répétées de ces trous noirs pourraient rendre compte de l'existence des trous noirs supermassifs ; or, il est plus facile de faire naître des trous noirs de masses intermédiaires que ces géants.

Encore faut-il qu'ils existent, depuis quelques décennies les astrophysiciens sont partis à leur recherche. Quelques candidats à ce titre ont été trouvés et les théoriciens ont également avancé que les amas globulaires pouvaient être des lieux de genèse assez propices à la naissance des trous noirs intermédiaires. La densité d'étoiles dans un amas globulaire est nettement plus élevée que dans une galaxie standard. Des processus de friction dynamique résultant du gaz d'étoile sur des astres compacts comme les naines blanches, les étoiles à neutrons et les trous noirs stellaires - selon une célèbre formule déterminée par le prix Nobel de physique Chandrasekhar - favorisent une sorte de sédimentation de ces objets au cœur des amas globulaires, et donc les rencontres et les fusions dans les cœurs denses en étoiles de ces amas.

Une présentation de la découverte des trous noirs au cœur de NGC 6397. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, 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 ». © Nasa, ESA, Hubble Space Telescope

 

Vingt trous noirs dans une sphère de 34 années-lumière de rayon

Eduardo Vitral et Gary A. Mamon sont deux chercheurs en poste à l'Institut d'astrophysique de Paris et c'est en partant à la recherche des trous noirs de masses intermédiaires qu'ils ont dirigé leur regard en direction d'un amas globulaire parmi les 150 environ connus de la Voie lactée, ceux-ci comportant jusqu'à un million d'étoiles rassemblées dans des sphères dont les diamètres ne sont que de quelques centaines d'années-lumière tout au plus.

Il se nomme NGC 6397, se trouve à environ 7.800 années-lumière du Système solaire et la quantité d'étoiles sorties de la séquence principale sur le fameux diagramme de Hertzsprung-Russell (comme le fera le Soleil d'ici cinq milliards d'années) laisse penser qu'il est très âgé, s'étant formé il y a environ 13,4 milliards d'années.

Les deux astrophysiciens, comme ils l'expliquent dans un article en accès libre sur arXiv, avaient entrepris d'analyser des données concernant les vitesses, positions et distances des étoiles dans cet amas qui ont été collectées pendant quelques années à l'aide du télescope Hubble et du satellite Gaia pour l'essentiel. Ils ont exprimé le contenu de ces observations dans un communiqué de la Nasa et de l'ESA. Mamon explique ainsi que : « Notre analyse a établi que les caractéristiques des formes des orbites des étoiles sont presque distribuées de façon aléatoire dans tout l'amas globulaire, plutôt que systématiquement circulaires ou très allongées. » Vitral de son côté précise : « Nous avons trouvé des preuves très solides de la présence d'une masse invisible dans les régions centrales denses de l'amas, mais nous avons été surpris de constater que cette masse supplémentaire n'est pas ponctuelle mais étendue sur quelques pourcents de la taille de l'amas. »

En clair, il ne pouvait pas y avoir un trou noir intermédiaire mais bien une collection de trous noirs de type stellaire, attendu que la théorie de l'évolution stellaire pour un amas globulaire ne pouvait pas s'accommoder de l'hypothèse que les astres forcément très peu lumineux détectés indirectement soient des membres de populations d'étoiles à neutrons ou de naines blanches au cœur de l'amas.

Si l'on peut généraliser ce résultat à d'autres amas globulaires autour d'autres galaxies, il serait intéressant de pouvoir déterminer à quel point des collisions entre ces trous noirs contribuent aux sources d'ondes gravitationnelles que peuvent détecter Ligo et Virgo.

 

CE QU'IL FAUT RETENIR

On ne comprend pas très bien l’origine des trous noirs supermassifs contenant de quelques millions à quelques milliards de masses solaires.

Parmi les hypothèses avancées pour l'expliquer, on fait intervenir des trous noirs de plus petite taille, contenant entre cent et quelques centaines de milliers de masses solaires. On les appelle des trous noirs de masses intermédiaires, des Intermediate-mass black holes, en anglais, ou IMBH.

Ils se trouveraient au cœur des galaxies naines ou des amas globulaires, et lors de collisions entre galaxies ces trous noirs fusionneraient.

Quelques candidats au titre d'IMBH ont été découverts par leurs émissions de rayons X et localisés hors des grandes galaxies avec l'aide du télescope Hubble dans le cas de la source 3XMM J215022.4−055108.

Mais, en cherchant dans l'amas globulaire NGC 6397, ce sont au moins 20 trous noirs stellaires qui ont été découverts.

 

Cette impression d'artiste représente une étoile déchirée par les forces de marée d'un trou noir de masse intermédiaire (IMBH), entouré d'un disque d'accrétion. © ESA, Hubble, M. Kornmesser 

Les trous noirs sont parmi les objets les plus opaques de l'Univers. Ils sont cependant parmi les plus attractifs, et c'est par leur pouvoir d'attraction démesuré que nous pouvons les détecter. Les trous noirs géants sont les ogres les plus monstrueux du zoo cosmique, mais ils ne sont pas des armes de destruction massive. Les jets de matière qu'ils produisent auraient contribué à allumer les premières étoiles et à former les premières galaxies. Hubert Reeves et Jean-Pierre Luminet, spécialistes en cosmologie contemporaine, répondent à toutes vos questions. Pour en savoir plus, visitez www.dubigbangauvivant.com. © Groupe ECP, YouTube

Cette image du télescope spatial Hubble a identifié l'emplacement d'un trou noir de masse intermédiaire, pesant 50.000 fois la masse de notre Soleil (ce qui le rend beaucoup plus petit que les trous noirs supermassifs trouvés au centre des galaxies). Le trou noir, nommé 3XMM J215022.4−055108, est indiqué par le cercle blanc. L'imagerie à haute résolution de Hubble montre que le trou noir se trouve à l'intérieur d'un amas dense d'étoiles bien au-delà de notre Galaxie, la Voie lactée. © Nasa, ESA, and D. Lin (University of New Hampshire) 

Une présentation de la découverte de 3XMM J215022.4−055108. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, 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 ». © NASA Goddard

Représentation artistique de la source X, nommée HLX-1 (point lumineux bleu en haut à gauche du bulbe galactique). Elle est située dans la périphérie de la galaxie spirale ESO 243-49. HLX-1 est le candidat le plus solide détecté à ce jour, appartenant à la classe, si longtemps recherchée des trous noirs de masse intermédiaire. © Insu/Heidi Sagerud  

 

 

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/trou-noir-hubble-debusque-plus-20-trous-noirs-regroupes-meme-endroit-19794/?utm_content=buffer4648a&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura&fbclid=IwAR1m_TeVH-Tolui9YUTc4N8Uw47hsFCyG6nMpQ3tPNMsd4ZNmXl2hw3YBlE