Le champ de gravitation d'un trou noir déforme fortement l'image du disque d'accrétion qui l'entoure et qui contient un plasma chaud et lumineux en rotation autour de l'astre. On peut s'en rendre compte avec cette image, extraite d'une simulation de ce que verrait un observateur s'approchant de l'astre compact selon une direction légèrement inclinée au-dessus du disque d'accrétion. La partie du disque située derrière le trou noir semble tordue à 90° et devient visible au-dessus du trou noir. Du fait du décalage Doppler, le disque d'accrétion est plus lumineux d'un côté que de l'autre. Jean-Pierre Luminet a fait la première simulation de ces images en 1979, bien avant celle montrée dans le film Interstellar qui contient, fiction oblige, quelques simplifications trompeuses. © Jean-Pierre Luminet, Jean-Alain Marck

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Chandra découvre un trou noir errant de 100.000 masses solaires

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Les trous noirs géants ne sont pas tous tapis sagement au cœur des galaxies. Certains sont nomades. On vient de découvrir le plus lumineux d'entre eux dans le domaine des rayons X, probablement à la suite de sa rencontre avec une étoile qu'il a dévorée il y a des milliards d'années.

Interview : un trou noir pourrait-il entrer en collision avec la Terre ?  Un trou noir est une région de l’espace dont rien ne peut s'échapper, pas même la lumière. Il est donc naturel de se demander si ce type d’objet pourrait être une menace pour notre planète. Futura-Sciences a interviewé Jean-Pierre Luminet, astrophysicien de renom, qui nous répond ici en vidéo. 

Les collisions de galaxies suivies de fusions sont fréquentes dans le cosmos. On pense d'ailleurs qu'une partie du processus de croissance des galaxies se fait de cette façon, l'autre partie faisant intervenir des courants de gaz froids que ces objets accrètent.

Comme des trous noirs massifs sont présents dans presque toutes les galaxies - sous forme de trous noirs de masses intermédiaires pour les plus petites et sous forme de trous noirs supermassifs pour les plus grandes -, il doit aussi se produire des fusions de trous noirs.

On observe parfois d'ailleurs, dans une galaxie, la présence de deux trous noirs géants dans son cœur, témoignant d'une fusion récente à l'échelle de l'histoire de l'univers. On détecte ces trous noirs notamment par les émissions de rayons X issues d'un disque de matière chaud qui se forme lorsqu'ils accrètent de la matière.

Les trous noirs sont parmi les objets les plus opaques de l'univers. Heureusement, ils sont en revanche 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 éjectent auraient contribué à allumer les premières étoiles et à former les premières galaxies. © Groupe ECP, Du Big Bang au vivantvia YouTube

Une source de rayons X très lumineuse

Les astrophysiciens qui étudient ces phénomènes s'appuient donc particulièrement sur les télescopes à rayons X mis en orbite (les plus célèbres sont Chandra, pour la Nasa, et XMM Newton, pour l'ESA). Un article disponible sur arXiv annonce d'ailleurs qu'une découverte fascinante a été faite en analysant patiemment les données collectées par ces instruments en observant une région du ciel dont environ 500 images prises par le télescope spatial Hubble ont été rassemblées pour constituer la bande de Groth étendue, en anglais Extended Groth Strip1 (EGS1). C'est une image à grand champ d'une région entre la constellation de la Grande Ourse et celle du Bouvier.

Au début des années 2000, Chandra et XMM Newton y ont détecté une source de rayonnement X particulièrement lumineuse mais transitoire qui figure maintenant dans les archives des astrophysiciens sous la dénomination de XJ1417+52. Les mesures indiquent qu'elle se trouvait à 4,5 milliards d'années-lumière de la Voie lactée, juste à côté d'une galaxie lenticulaire dénommée quant à elle SDSS J141711.07+522540.8, ou plus sobrement GJ1417+52.

Cette image a été prise dans le visible par le télescope Hubble dans la bande de Groth étendue. Un zoom sur une galaxie lenticulaire montre une source lumineuse indiquée par un cercle. Un autre zoom, cette fois-ci avec Chandra, montre une source X en fausse couleur (mauve). © Rayons X : Nasa/CXC/UNH/D.Lin et al. ; visible : Nasa/STScI

Un trou noir, vestige d'une galaxie naine démantelée ?

XJ1417+52 faisait clairement partie des sources X hyper lumineuses ou en anglais hyper-luminous X-ray source (HLX). La quantité d'énergie libérée dans ce domaine de longueur d'onde et ses caractéristiques s'expliquent bien si l'on est en présence d'une trou noir accrétant de la matière et dont la masse doit être d'environ 100.000 masses solaires, un trou noir de masse intermédiaire donc, puisque les trous noirs supermassifs contiennent de quelques millions à quelques milliards de masses solaires.

La source XJ1417+52 n'étant pas localisée dans GJ1417+52, il s'agit d'un trou noir errant, encore appelé nomade. Celui-ci appartenait probablement à une galaxie naine passée trop près de la galaxie lenticulaire et qui a été démantelée par les forces de marée.

On connaissait déjà de tels trous noirs nomades mais, au maximum des émissions X, la luminosité atteinte par XJ1417+52 a dépassé d'un facteur 10 celle des autres trous noirs errants détectés jusqu'à aujourd'hui. Par ailleurs, cette source détient un autre record : elle est 10 fois plus éloignée que celle associée au précédent trou noir nomade qui détenait le record de distance.

Il est raisonnable de penser que le pic de luminosité X s'est produit lorsqu'une étoile s'est approchée trop près du trou noir intermédiaire et qu'elle a subi un traitement similaire à celui du scénario des crêpes stellaires, proposé il y a quelques décennies par Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter.