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Un trou noir intermédiaire surpris à dévorer une étoile

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On connaît encore un petit nombre de trous noirs intermédiaires. Si l'on ne comprend pas bien leur origine, on pense que leur coalescence lors de fusions galactiques pourrait expliquer comment naissent les trous noirs supermassifs. Un de ces trous noirs intermédiaires aurait trahi son existence en détruisant une étoile. Les traces de son crime ont été observées en rayons X de 1999 à 2005 par le satellite Chandra.

Une image composite de l'amas de galaxies Abell 1795 montre en bleu ses émissions de rayons X vues par Chandra et surimposées à celles dans le visible observées par le télescope Canada-France-Hawaï. En bas à gauche, les observations de Chandra montrent une galaxie naine dans laquelle une source brillante de rayons X est bien visible avant 2005, mais cesse de l'être après. Il s'agirait des émissions du disque d'accrétion d'un trou noir intermédiaire ayant disloqué une étoile et avalant son gaz. © Pour les images en rayons X : Nasa, CXC, University of Alabama, W. P. Maksym et al., CXC, GSFC, UMD, D. Donato et al. ; pour les images d’Abell 1795 dans le visible : CFHT

Depuis une vingtaine d'années, les observations dans le domaine des rayons X avec des satellites comme Chandra, Rossi X-ray Timing Explorer et XMM Newton ont fourni des raisons très convaincantes de croire à l'existence des trous noirs avec leur horizon des événements. L'étude du trou noir central de la Voie lactée, Sagittarius A*, a elle aussi contribué à asseoir la théorie des trous noirs des années 1960 à 1970 sur des bases observationnelles plus solides. On va tout de même chercher des écarts aux prédictions de la théorie de la relativité générale concernant ces astres compacts avec le projet eLisa. Les astrophysiciens ont donc de bonnes raisons de ne pas être troublés par les récentes déclarations de Stephen Hawking au sujet des trous noirs.

Deux équipes de chercheurs viennent d'ailleurs de déposer sur arxiv (voir les liens externes en bas de ce texte) des articles faisant état de la probable découverte d'un trou noir intermédiaire à l'intérieur d'une galaxie naine appartenant à l'amas galactique Abell 1795. Contenant d'une centaine à quelques centaines de milliers de masses solaires environ, ces trous noirs sont activement recherchés parce qu'ils pourraient être, en fusionnant, à l'origine des trous noirs supermassifs, qui contiennent de quelques millions à quelques milliards de masses solaires.

Présenté par Hubert Reeves et Jean-Pierre Luminet, Du Big Bang au vivant est un projet multiplateforme qui couvre les plus récentes découvertes dans le domaine de la cosmologie. Dans cette vidéo extraite du documentaire l'accompagnant, les deux chercheurs parlent des trous noirs qui figurent parmi les objets les plus opaques de l'univers. En revanche, ils font partie des 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 expulsent auraient contribué à allumer les premières étoiles et à former les premières galaxies. © Groupe ECP, YouTube

Une méthode pour détecter des trous noirs intermédiaires

Pour faire cette découverte, les astrophysiciens ont étudié les archives de Chandra. Situé à environ 800 millions d'années-lumière de la Voie lactée et contenant pas loin de 700 millions d'étoiles, Abell 1795 a été observé à plusieurs reprises avec les instruments de Chandra, car il permet de les étalonner. Les chercheurs ont donc eu accès à de nombreuses mesures réalisées pendant une période de plusieurs années. C'est ainsi qu'ils ont fini par trouver une source brillante qui est apparue brusquement dans une des galaxies naines de l'amas en 1999, et qui s'est finalement éteinte en 2005 après avoir lentement décliné. En 1998, à l'emplacement de cette source dans le domaine des rayons X, il existait une source très lumineuse dans le domaine des ultraviolets qui avait déjà été repérée par le satellite Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE) de la Nasa.

En combinant ces observations et en les analysant, les astrophysiciens sont arrivés à la conclusion qu'elles s'expliquaient bien si une étoile s'était approchée trop près d'un trou noir contenant quelques centaines de masses solaires. Ses forces de marée auraient alors commencé par déformer l'étoile avant de la mettre en pièces selon un scénario ayant des points communs avec celui des « crêpes stellaires », déjà exposé en mars 1982 dans un article de Nature par Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter. Les restes de la destruction de l'étoile auraient alors alimenté un disque d'accrétion autour du trou noir pendant plusieurs années. Chauffée à des températures très élevées, cette matière aurait alors émis les rayons X mesurés par Chandra de 1999 à 2005.

Ce genre d'événements est bien sûr intéressant en soi, mais pour les astrophysiciens et les cosmologistes, il a une autre signification. Les chercheurs savent maintenant qu'ils peuvent débusquer des trous noirs intermédiaires en cherchant des signatures dans les rayons X similaires à celles observées dans le cas d'Abell 1795. Ils disposent donc d'un nouvel outil pour tenter de percer le mystère de l'origine des trous noirs supermassifs.

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