Cette impression d'artiste montre à quoi pourrait ressembler le système binaire VFTS 243 si nous l'observions de près. Le système, qui est situé dans la nébuleuse de la Tarentule dans le Grand Nuage de Magellan, est composé d'une étoile chaude et bleue avec 25 fois la masse du Soleil et d'un trou noir, qui contient au moins neuf fois la masse du Soleil. Les tailles des deux composants du système binaires ne sont pas à l'échelle : en réalité, l'étoile bleue est environ 200.000 fois plus grande que le trou noir. Notez que l'effet de « lentille » autour du trou noir est montré à des fins d'illustration uniquement, pour rendre cet objet sombre plus visible dans l'image. L'inclinaison du système fait qu'en le regardant depuis la Terre, on ne peut pas observer le trou noir éclipsant l'étoile. © L. Calcada, ESO
Sciences

Un trou noir « dormant » découvert pour la première fois en dehors de notre Galaxie

ActualitéClassé sous :Astronomie , trou noir , Grand Nuage de Magellan

[EN VIDÉO] Les 20 ans de Futura avec Françoise Combes  2021 c'est l'année des 20 ans de Futura ! À cette grande occasion, nous avons demandé à nos parrains de s'exprimer sur le sujet... Françoise Combes s'est notamment prêtée à l'exercice et nous livre son analyse d'astrophysicienne sur le passé, mais aussi sur les 20 prochaines années. 

On estimait que de nombreux trous noirs stellaires devaient exister en couple avec une étoile, mais sans lui arracher de la matière et ne pouvant donc pas se signaler en brillant sous forme de rayon X suite à l'accrétion de cette matière. On vient de détecter un candidat au titre de trou noir « dormant » de ce genre dans le Grand Nuage de Magellan, en combinant la méthode des vitesses radiales et celle avec effet de microlentille gravitationnelle.

Les trous noirs sont devenus banals dans le paysage médiatique ces dernières années et malgré les énigmes qui les entourent encore et qui touchent à des questions très profondes de physique théorique, ils sont considérés couramment en astrophysique et en cosmologie. On étudie même leurs émissions d'ondes gravitationnelles à l'occasion de collisions avec d'autres astres compacts relativistes. Tout récemment, on a même obtenu avec des radiotélescopes des images de leurs abords trahissant l’existence de ce que l’on pense être un horizon des événements, ce qui fait la définition même d'un trou noir lorsqu'il est une surface fermée.

Certes, la preuve définitive de l’existence des trous noirs nous échappe encore mais les doutes quant à leur présence dans certains recoins de la Voie lactée et des galaxies sont de plus en plus difficiles à être justifiés. Quel contraste avec le début des années 1960 où seulement une poignée de visionnaires, tel John Wheeler, prenait ces solutions des équations de la relativité générale au sérieux, même Einstein ne le faisait pas.

Les premiers candidats au titre de trous noirs ont tout de même été débusqués au cours des années 1970, sous la forme d'un système binaire où un trou noir stellaire, c'est-à-dire produit par l'effondrement gravitationnel d'une étoile probablement d'au moins 30 masses solaires, se trouvait être aussi une source puissante de rayons X en accrétant de la matière en provenance de son étoile compagne.

Cette matière, en tombant en spirale vers le trou noir forme en effet un disque compact où des forces de frottement visqueux entre les spirales de gaz adjacentes dégagent de la chaleur au point de produire un plasma chaud brillant dans le domaine des rayons X.

Les trous noirs sont parmi les objets les plus opaques de l'Univers. Heureusement, 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 le site Du big bang au vivant. © Groupe ECP, YouTube

Or, on sait que la majorité des étoiles forment des systèmes binaires, on doit donc s'attendre à ce qu'il existe un certain nombre de ces binaires X dans la Voie lactée. Toutefois, il se peut aussi que la distance d'un trou noir stellaire à son étoile compagne soit telle qu'il ne se produit pas de transfert de matière notable. Donc, pas de disque d'accrétion et pas d'émission de rayons X, aussi, par exemple parce que l'étoile n'est pas encore devenue une géante rouge qui s'est dilatée au point de déborder ce que l'on appelle son lobe de Roche, du nom du mathématicien et astronome français du XIXe siècle.

La première pointe émergée d'une population de trous noirs dormants

Ce genre de trou noir stellaire est dit « dormant » et jusqu'à présent, on n'en avait détecté aucun. Cela vient de changer grâce à une équipe internationale d'astronomes qui ont utilisé pour leur découverte l'instrument Flames (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) sur le VLT de l'ESO, comme les chercheurs l'expliquent dans un article publié dans Nature Astronomy.

À quelque 160.000 années-lumière de la Terre brille la nébuleuse de la Tarentule, la structure la plus spectaculaire du Grand Nuage de Magellan, une galaxie satellite de notre Voie lactée. Sur l’image acquise par le télescope de sondage du VLT installé à l’Observatoire de Paranal de l’ESO, figure cette région ainsi que son riche environnement avec une foule de détails. Elle révèle un paysage céleste constellé d’amas stellaires, de nuages de gaz brillants ainsi que de restes épars d’explosions de supernovae. © ESO

Il leur a fallu pour cela tourner le regard du VLT en direction de la nébuleuse de la Tarentule située dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie voisine de la nôtre. Six années d'observations ont été nécessaires à l'équipe menée par Tomer Shenar, qui a commencé cette recherche à la KU Leuven en Belgique et qui est maintenant boursier Marie-Curie à l'université d'Amsterdam, aux Pays-Bas.

Le candidat au titre de trou noir dormant a été baptisé VFTS 243. Il contient au moins neuf fois la masse de notre Soleil et tourne autour d'une étoile bleue et chaude pesant, elle, 25 fois la masse du Soleil. Remarquablement, il n'est pas accompagné de traces notables de restes d'une explosion de supernova (Plus précisément l'orbite quasi-circulaireet la cinématique de VFTS 243 impliquent que l'effondrement de l'étoile génitrice en unle trou noir était associé à peu ou pas de matière éjectée) ce qui suggère que comme on le pense, une étoile s'effondrant gravitationnellement peut parfois devenir directement un trou noir sans passer par le stade de supernova.

« L'étoile qui a formé le trou noir de VFTS 243 semble s'être effondrée entièrement, sans aucun signe d'une explosion antérieure, explique Tomer Shenar dans un communiqué de l'ESO dans lequel il ajoute, des preuves de ce scénario de "collapsus direct" sont apparues récemment, mais notre étude fournit sans doute l'une des indications les plus directes. Cela a d'énormes implications pour l'origine des fusions de trous noirs dans le cosmos. »

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 ». © European Southern Observatory (ESO)

Cette image composite montre la région de formation d’étoiles 30 Doradus, également connue sous le nom de nébuleuse de la Tarentule. L’image de fond, prise dans l’infrarouge, est elle-même une image composite : elle a été capturée par les instruments HAWK-I sur le Very Large Telescope (VLT) et le Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (Vista) de l’ESO. Elle montre des étoiles brillantes et des nuages légers et rosés de gaz chaud. Les bandes rouge-jaune brillantes qui ont été superposées à l’image proviennent d’observations radio effectuées par l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), révélant des régions de gaz froid et dense qui ont le potentiel de s’effondrer et de former des étoiles. La structure unique en forme de toile des nuages de gaz de cette nébuleuse a conduit les astronomes à lui donner comme surnom le nom d’une araignée. © ESO, Alma (ESO/NAOJ/NRAO)/Wong et al., ESO/M.-R. Cioni/VISTA Magellanic Cloud survey. Acknowledgment: Cambridge Astronomical Survey Unit

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