Les trous noirs. La théorie établie au début du XXe siècle en prévoit plusieurs types. Ils ont peu à peu été détectés par les astronomes. D’autres types, plus exotiques, restent encore hypothétiques. Mais des chercheurs pensent aujourd’hui détenir la preuve de l’existence de l’un d’entre eux : le mini-trou noir.

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[EN VIDÉO] Première image d’un trou noir supermassif : zoom sur l'environnement de M87* Cette animation d’artiste représente un plongeon en direction d’un trou noir supermassif caché dans une bulle de gaz chaud. Il est entouré d’un disque d’accrétion où la matière est tellement chauffée qu’elle devient un plasma très lumineux à l’origine de jets de matière en relation avec la rotation d’un trou noir de Kerr. En l’occurrence ici il s’agit de M87*, le trou noir supermassif qui a livré la première image d’un tel objet en avril 2019 grâce aux membres de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT).

Au centre des galaxiesgalaxies - y compris de notre Voie lactéeVoie lactée -, il y a ce que les astronomesastronomes appellent des trous noirs supermassifs. Des monstres dont la massemasse peut dépasser un million de fois la masse de notre SoleilSoleil. En avril dernier, une équipe révélait la toute première image d'un tel objet, niché au cœur de la galaxie M87M87.

Depuis quelque temps, les chercheurs imaginaient aussi qu'il pouvait exister des trous noirstrous noirs de masse relativement faible. Probablement engagés dans un système binairesystème binaire. Un mini-trou noir et une étoileétoile qui orbiteraient toutefois suffisamment loin l'un de l'autre pour éviter que le premier ne dévore la seconde. « Nous sommes convaincus qu'il en existe beaucoup. Si nous n'en avons pas encore trouvé, c'est qu'ils sont difficiles à observer », explique Todd Thompson, astronome à l'université de l’État de l’Ohio (États-Unis).

Pour le confirmer, son équipe a analysé les données spectroscopiques recueillies par la collaboration APOGEE - pour Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment - sur plus de 100.000 étoiles de notre galaxie. Des données qu'elle a croisées avec celles d'ASA-SN - pour All-Sky Automated Survey for Supernovae, à la recherche d'étoiles qui s'éclairaient ou s'assombrissaient tout à affichant un spectrespectre changeant vers le rouge ou vers le bleu, indice trahissant la présence d'un compagnon invisible.

Les chercheurs pensaient depuis quelque temps qu’il existe un type de trous noirs qualifiés de mini-trous noirs, dont la masse se situerait entre celle des étoiles à neutrons et celle des trous noirs classiques. © Ligo-Virgo, Frank Elavsky, Northwestern (<em>Modified by</em> Todd Thompson)
Les chercheurs pensaient depuis quelque temps qu’il existe un type de trous noirs qualifiés de mini-trous noirs, dont la masse se situerait entre celle des étoiles à neutrons et celle des trous noirs classiques. © Ligo-Virgo, Frank Elavsky, Northwestern (Modified by Todd Thompson)

Un mini-trou noir à 10.000 années-lumière

Et à force de persévérance, les astronomes ont découvert, à quelque 10.000 années-lumièreannées-lumière de nous, du côté de la constellation du Cocherconstellation du Cocher, un objet noir, gravitationnellement lié à une étoile géante en rotation rapide. Selon les estimations des chercheurs, il présenterait environ 3 fois la masse de notre Soleil. Et n'afficherait un diamètre que de l'ordre de 19 kilomètres.

Le saviez-vous ?

Lorsqu’une étoile en fin de vie explose puis s’effondre sur elle-même, elle se transforme soit en une étoile à neutrons, soit en un trou noir. Cela dépend de la masse initiale de l’étoile. Ainsi les étoiles à neutrons les plus massives que les astronomes connaissent font jusqu’à 2,1 fois la masse du Soleil. Les trous noirs les plus légers font, quant à eux, 5 à 6 fois la masse de notre étoile.

C'est cet « environ » qui pose finalement question. Car la limite théorique pour qu'une étoile finisse en étoile à neutrons est placée à 2,6 masses solaires. Au-delà, une étoile doit s'effondrer en trou noir. Ainsi cet objet pourrait bien être l'étoile à neutrons la plus massive jamais vue, juste à la frontière de ce qui peut exister. « Je crois que je serais encore plus excité si c'était le cas », confie Todd Thompson.

« Il est plus probable qu'il s'agisse d'un trou noir de masse extrêmement faible. Un de ces mini-trous noirs dont nous supposions l'existence, mais que nous n'avions encore jamais pu observer », poursuit l'astronome. Pour en avoir le cœur net, les chercheurs devront recueillir un peu plus de données sur le système en question. Et établir avec une plus grande certitude, la masse de cet objet sombre.