Illustration d'un trou noir. © PatinyaS., Adobe Stock
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Découverte du trou noir le plus proche de la Terre connu

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Des astronomes de l'ESO ont découvert un trou noir de petite taille à seulement 1.000 années-lumière de la Terre. Une découverte très inattendue et qui laisse présumer que la Voie lactée compte bien plus de trous noirs qu'on ne le pense. Les explications de Thomas Rivinius, scientifique de l'ESO et auteur principal de l'étude publiée ce jour au sein de la revue Astronomy & Astrophysics.

Une équipe d'astronomes de l'Observatoire européen austral (ESO) et d'autres instituts a découvert l'existence d'un trou noir distant de 1.000 années-lumière seulement de la Terre de façon tout à fait fortuite ! Alors qu'elle observait le système baptisé HR 6819 dans le cadre d'une étude consacrée aux systèmes d’étoiles doubles, l'équipe de Thomas Rivinius s'est rendu compte de l'existence d'un troisième objet, parfaitement inconnu : un trou noir.

À seulement 1.000 années-lumière de nous, ce trou noir est le plus proche du Système solaire jamais détecté ! Grâce au télescope MPG/ESO de 2,2 mètres installé à l'Observatoire de La Silla de l'ESO au Chili, l'équipe a pu suivre les mouvements de ses deux étoiles compagnons et déduire l'existence de cet objet invisible. Aux dires des astronomes, ce système pourrait bien n'être que la partie émergée de l'iceberg. C'est-à-dire que de nombreux trous noirs similaires pourraient être découverts dans un avenir proche.

Sur cette vue à grand champ figure la région du ciel, dans la constellation du Télescope, qu’occupe HR 6819, un système triple composé de deux étoiles et du trou noir le plus proche de la Terre détecté à ce jour. Cette vue résulte d’une combinaison d’images issues du Digitized Sky Survey 2. Le trou noir ne peut être aperçu, à la différence des deux étoiles qui composent HR 6819, visibles depuis l’hémisphère Sud par temps clair et par nuit noire, sans jumelles ni télescope. © ESO, Digitized Sky Survey 2, Davide De Martin

Le premier système triple composé d’un trou noir visible à l’œil nu

Comme le souligne Petr Hadrava, scientifique émérite de l'Académie des Sciences de la République tchèque à Prague et coauteur de l'étude, « nous avons été très surpris de constater qu'il s'agissait du tout premier système stellaire composé d'un trou noir visible à l'œil nu ». En effet, ce système triple est si proche de nous que les étoiles qui le composent peuvent être observées à l'œil nu par temps clair et par nuit noire depuis l'hémisphère Sud. Par définition, le trou noir étant évidemment invisible !

Pour déterminer l'existence de ce trou noir, les scientifiques se sont appuyés sur les observations du spectrographe du télescope MPG/ESO qui ont montré que l'une des deux étoiles visibles à l'œil nu orbitait, sur une période de 40 jours, autour d'un imperceptible objet, tandis que la seconde étoile se trouvait à plus grande distance de cette paire intérieure. L'équipe a pu détecter sa présence et déterminer sa masse en étudiant l'orbite de l'étoile composant la paire intérieure. « Un objet invisible doté d'une masse équivalant à 4 masses solaires ne peut être qu'un trou noir », conclut Thomas Rivinius. Il s'agit de l'un des tout premiers trous noirs de masse stellaire découvert à ce jour qui n'interagit pas violemment avec son environnement et qui, par voie de conséquence, nous apparaît véritablement noir.

Cette découverte renforce l'idée que la Voie lactée abriterait bien plus que les quelques dizaines de trous noirs déjà détectés. Toutefois, les scientifiques estiment que, depuis la naissance de la Voie lactée, un nombre beaucoup plus élevé d'étoiles se sont effondrées en trous noirs à la fin de leur existence. La découverte d'un trou noir silencieux et invisible au sein du système HR 6819 offre des clés de détection spatiale de nombreux trous noirs dissimulés au sein de la Voie lactée. « Des centaines de millions de trous noirs doivent s'y trouver, mais nous n'en connaissons que très peu. Savoir ce qu'il faut chercher devrait nous permettre de mieux les détecter », ajoute Thomas Rivinius.

Zoom sur le système triple HR 6819. En fin de vidéo, une animation montrant ce système triple composé du trou noir où figurent les orbites et les mouvements des objets composant ce système triple. HR 6819 est constitué d’une binaire interne dotée d’une étoile (trajectoire de couleur bleue) et d’un trou noir (trajectoire de couleur rouge). À mesure que nous nous éloignons de cette paire intérieure, nous apercevons l’objet le plus externe du système, une autre étoile décrivant une orbite plus étendue (également de couleur bleue). © ESO, YouTube

La parole à Thomas Rivinius, scientifique de l'ESO et auteur principal de l’étude publiée ce jour au sein de la revue Astronomy & Astrophysics.

Futura : Cette découverte vous a surpris, elle était très inattendue ?

Thomas Rivinius : En effet.Nous cherchions quelque chose de tout à fait différent, n'attendant qu'un système stellaire binaire normal. Nous espérions que des observations détaillées nous aideraient à comprendre pourquoi les deux étoiles normales à l'intérieur sont si différentes : l'une (l'étoile extérieure Be) tourne si rapidement qu'elle s'envole presque (elle éjecte de la matière d'elle-même, principalement en raison de cette rotation rapide), et l'autre tourne très lentement.

Puis, nous avons compris qu'il y avait en fait trois objets ! Je tiens à préciser qu'initialement, cette étude avait été menée par un collègue, Stan Štefl (décédé tragiquement dans un accident de voiture en 2014, c'est pourquoi l'étude a calé un peu à l'époque). Nous l'avons maintenant reprise à notre compte aussi parce que nous avons découvert récemment un système que nous pensons être un système triple similaire avec un trou noir nommé LB-1. De plus amples observations sont nécessaires pour confirmer notre intuition.

Un trou noir dans un système triple, c'est plutôt surprenant ?

Thomas Rivinius : Oui.Une curiosité même ! La plupart des modèles de l'évolution de ces étoiles et de l'explosion de la supernova elle-même prédiraient qu'un tel système serait perturbé et les objets individuels se sépareraient. Le fait que HR 6819 existe toujours en tant que système triple indique que cela ne se produit pas toujours.

Devons-nous nous inquiéter de la découverte d'un trou noir aussi proche de la Terre ?

Thomas Rivinius : Pour la Terre, pas vraiment. En tant que trou noir de masse stellaire, il ne fait que quelque dix kilomètres de diamètre. Donc, à ce stade, il ne représente même pas un danger pour son voisin immédiat, que nous appelons « l'étoile intérieure B » dans notre étude. Et les deux sont plus proches l'un de l'autre que le Soleil et la Terre. Cependant, à mesure que cette étoile intérieure évolue avec le temps, elle grandira, puis le trou noir commencera à en avaler au moins une partie. Mais c'est encore dans des millions d'années à venir, peut-être même des dizaines de millions d'années !

Une autre question est de savoir si la supernova d'origine, qui a probablement formé ce trou noir, était dangereuse pour la Terre. Mais ce n'était probablement pas le cas, quand elle a explosé, il y a peut-être 15 à 70 millions d'années. Elle était également à plusieurs centaines de parsecs, pas beaucoup plus près que maintenant (310 pc). C'est considéré comme une distance de sécurité pour une supernova.

Sur cette vue d’artiste figurent les orbites des objets composant le système triple HR 6819. Ce système est constitué d’une binaire interne dotée d’une étoile (trajectoire de couleur bleue) et d’un trou noir récemment découvert (trajectoire de couleur rouge), ainsi que d’une troisième étoile décrivant une orbite plus étendue (également de couleur bleue). © ESO, L. Calçada

Qu'apporte la découverte de ce trou noir ?

Thomas Rivinius : Le point le plus intéressant est que ce n'est probablement pas très spécial ! Il est assez proche, et à moins que nous ne considérions notre environnement local comme une exception, il doit y en avoir beaucoup d'autres. Nous n'en connaissons que quelques dizaines réparties un peu partout dans toute notre Galaxie, principalement parce qu'ils accumulent beaucoup de matière de leur environnement, ce qui les fait briller dans le rayonnement X. Nous estimons, cependant, qu'il doit y avoir des centaines de millions à un milliard de trous noirs supplémentaires dans la Voie lactée, qui ressemblent davantage à celui découvert dans ce système triple : calmes, car ils n'ont rien à accumuler et donc très difficiles à détecter.

Le fait que le système soit si brillant et si proche l'ouvre à des investigations beaucoup plus détaillées que les systèmes plus éloignés ?

Thomas Rivinius : Être si proche et brillant signifie que nous pourrons peut-être résoudre le système en ses composants individuels. Seule l'interférométrie a cette capacité qui consiste à combiner un certain nombre de télescopes de façon à obtenir une vue aussi nette que si vous aviez un télescope géant de la même taille que les télescopes individuels séparés. Dès que nos observatoires à Paranal recommenceront à fonctionner et que mon équipe pourra utiliser le VLTI (Very Large Télescope Interferometer), nous essaierons cela. Je suis vraiment impatient de le faire.

Une deuxième possibilité est d'observer HR 6819 dans le X. Bien que ses émissions dans le X montrent que l'activité de ce trou noir est très calme, cela ne signifie pas que rien ne se passe ! Le trou noir accumule probablement quelque chose de l'environnement local, mais comme il est de faible densité, ses capacités à avaler de la matière sont forcément limitées. Toutes les autres observations que nous avons proviennent de trous noirs ayant des taux d'accrétion beaucoup plus élevés. Il reste à démontrer que tout fonctionne de la même manière, même à des taux d'accrétion très faibles, comme avec ce trou noir.

  • Une équipe d'astronomes de l'ESO a découvert un trou noir situé à seulement 1.000 années-lumière de la Terre. 
  • Ce trou noir est le plus proche de notre Système solaire détecté à ce jour. 
  • Il fait partie d'un système triple visible à l’œil nu dans la constellation du Télescope.
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