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L'étrange trou noir intermédiaire HLX-1 ? Un ancien noyau de galaxie naine dit Hubble

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Hubble vient d'apporter une lumière supplémentaire sur la nature du premier trou noir de masse intermédiaire dont l'existence a été établie en 2009. Les astrophysiciens ont détecté un amas de jeunes étoiles bleues en orbite autour de HLX-1. Ils pensent maintenant qu'il s'agit de restes du noyau d'une galaxie naine mise en pièces et avalée par la galaxie ESO 243-49.

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

Pendant longtemps, on a cherché à mettre en évidence l'existence de trous noirs de masse intermédiaire. Il s'agissait de combler l'étrange vide entre les trous noirs stellaires, dont la masse ne peut probablement guère dépasser les quelques dizaines de masses solaires, et celle des trous noirs supermassifs, qui peuvent dépasser le million de masses solaires. Un bon moyen d'expliquer la formation rapide de ces trous noirs supermassifs dans l'univers observable est en effet de faire intervenir des fusions de ces trous noirs de masse intermédiaire à l'occasion de collisions et fusions entre galaxies.

Bien que l'on ait soupçonné l'existence de ces trous noirs de masse moyenne dans des amas globulaires, ce n'est qu'en 2009 que l'on a découvert le premier trou noir de masse intermédiaire dont l'existence semblait bien établie. Il a été détecté grâce aux observations dans le domaine des rayons X du satellite européen XMM-Newton.

Baptisé HLX-1 (Hyper-Luminous X-ray source 1 en anglais), ce trou noir d'environ 20.000 masses solaires est en orbite à l'extérieur de la galaxie ESO 243-49, située à 290 millions d'années-lumière de la Voie lactée.

Le cercle blanc indique où se trouve HLX-1 autour de ESO 243-49. © Nasa, Esa, et S. Farrell (University of Sydney, Australia and University of Leicester, UK)

La présence d'un tel trou noir en dehors d'une galaxie et isolé a de quoi surprendre à priori. Mais si l'on en croit les observations du télescope Hubble et du satellite Swift, un scénario naturel peut être avancé pour expliquer son existence.

Comme l'expliquent des astrophysiciens dans un article publié sur arxiv, HLX-1 n'est pas complètement isolé. Le fait qu'on l'ait découvert à l'aide de ses émissions dans le domaine des rayons X implique qu'il est entouré de gaz formant un disque d'accrétion (des nuages de gaz en dehors d'un disque galactique peuvent exister comme le montrent bien les observations récentes de Planck avec la Voie lactée), mais il y aurait aussi un amas de jeunes étoiles bleues autour du trou noir.

Les restes d'un repas galactique

Hubble ne peut pas résoudre ni observer facilement des étoiles individuelles à une distance aussi grande que les 290 millions d'années-lumière estimées pour ESO 243-49. Mais le halo de lumière entourant HLX-1 est tout de même à la portée des instruments du télescope spatial. Son spectre ne s'explique pas par les émissions d'un disque d'accrétion mais bel et bien par la présence de jeunes étoiles.

On peut donc considérer que HLX-1 est un trou noir galactique qui résidait il y a des millions d'années au moins au centre d'une galaxie naine. Quand celle-ci est passée trop près de la grande galaxie ESO 243-49, la majeure partie des étoiles de la galaxie naine aurait été arrachée, alimentant ESO 243-49 sous forme de courants de marée transitoires.

L'avenir du trou noir est incertain à ce stade car sa trajectoire est mal connue actuellement. Il est possible qu'il finisse par se diriger en effectuant un mouvement en spirale vers le centre de ESO 243-49 pour finir par fusionner avec le trou noir supermassif. Le trou noir pourrait aussi être installé sur une orbite stable autour de la galaxie.