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On a peut-être vu la naissance d'un trou noir...

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Si l'on en croit les informations fournies en rayons X par Chandra et d'autres satellites, la supernova SN 1979C, observée dans la galaxie M100 il y a plus de 30 ans par un amateur, aurait donné lieu à la formation d'un trou noir. 

Voici une image composite montrant la supernova dans la galaxie M100. Les observations de Chandra en rayons X sont de couleur or, tandis que les données prises dans le visible par le Very Large Telescope de l'ESO sont indiquées par le jaune-blanc et le bleu. Les images dans l'infrarouge de Spitzer sont rouges. L'emplacement de la supernova, connue sous le nom SN 1979c, est marqué en bas à gauche. © Rayons X : Nasa/CXC/SAO/D. Patnaude et al, Visible : ESO/VLT, Infrarouge : Nasa/JPL/Caltech
  • Pour en savoir plus sur les trous noirs, consultez le dossier complet 

En 1979, un astronome amateur observe la galaxie M100 faisant partie de l'amas de la Vierge. Située dans la constellation de la Chevelure de Bérénice, cette galaxie se trouve en fait à 50 millions d'années-lumière de la Voie lactée. La supernova SN 1979C que découvre alors notre astronome s'est donc produite bien avant que l'espèce humaine n'apparaisse.

Il s'agit d'une supernova un peu particulière, son type est en effet SN II L. SN 1979C a pour origine une étoile massive ayant expulsé une grande partie de ses couches supérieures, riches en hydrogène, avant qu'elle ne s'effondre et n'explose en supernova selon des processus encore mal compris. Sa courbe de lumière n'exhibe pas de plateau comme les SN II P et elle décroît linéairement (d'où le « L » ) après être passée par un pic de luminosité.

Une vue de la galaxie M 100 prise dans le visible avec le VLT. La supernova de 1979 n'y est plus visible. © ESO/VLT

Des années plus tard, la mise en orbite de satellites adaptés à l'astronomie en rayon X (et en particulier l'incontournable Chandra de la Nasa et le XMM-Newton de l'Esa), ont permis de faire des observations fines de la galaxie M100 pendant des années.

Les astrophysiciens remarquèrent alors qu'à l'emplacement de SN 1979C se trouve une source de rayons X intense et dont la luminosité varie peu de 1995 à 2007. Le spectre pris pendant les 12 années d'observations se révéla particulièrement intéressant.

La galaxie M100 observée dans le domaine des rayons X montre un tout autre aspect et l'on voit clairement en bas à gauche la source X associée à la supernova SN 1979C. © Nasa/CXC/SAO/D. Patnaude et al.

Très probablement un trou noir

Les caractéristiques de la source X occupant sur la voûte céleste la place de SN 1979C s'interprètent très bien si l'on considère qu'il s'agit d'un trou noir accrétant de la matière. Cette matière proviendrait soit d'une étoile compagne, soit simplement des restes de l'explosion de l'étoile génitrice du trou noir, qui retombent en direction de son horizon des événements.

Si l'on est bien en présence d'un trou noir (ce pourrait aussi être une étoile à neutrons), la supernova de 1979 tirerait son origine de l'explosion d'une étoile dépassant très probablement les 20 masses solaires, mais n'excédant pas 40 fois la masse du Soleil.

Une vue d'artiste de la coquille de matière chaude expulsée par l'explosion de la supernova SN 1979C avec en son centre un trou noir. Le zoom de droite montre ce trou noir avec son disque d'accrétion. © Nasa/CXC/M.Weiss

Comment parvient-on à cette fourchette ? Il n'existe de vraies certitudes, vu la complexité des processus en jeu et malgré l'utilisation de puissantes simulations numériques. Cependant, il semble que des étoiles massives en dessous de 20 masses solaires environ donnent des étoiles à neutrons. Au-delà de 40 masses solaires, l'effondrement gravitationnel théorisé une première fois par Oppenheimer et Volkoff donnerait directement des trous noirs, sans passer par la case supernova.

Si l'interprétation avancée par Daniel Patnaude et ses collègues du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics dans un article publié sur arXiv est correcte, il s'agit de la  plus proche et la plus « jeune » naissance d'un trou noir observée à ce jour.