Une nouvelle recherche utilisant les données du Very Large Telescope et du Very Large Telescope Interferometer de l'ESO a révélé que HR 6819, que l'on croyait être un système triple avec un trou noir, est en fait un système de deux étoiles sans trou noir. Les scientifiques, une équipe KU Leuven-ESO, pensent avoir observé ce système binaire pendant un bref instant après que l'une des étoiles a aspiré l'atmosphère de sa compagne, un phénomène souvent appelé « vampirisme stellaire ». Cette vue d'artiste montre à quoi pourrait ressembler le système ; il est composé d'une étoile ovale entourée d'un disque (une étoile « vampire » de type Be ; au premier plan) et d'une étoile de type B qui a été dépouillée de son atmosphère (à l'arrière-plan). © ESO, L. Calçada
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Le trou noir le plus proche de la Terre n'en serait pas un

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[EN VIDÉO] Au plus près des trous noirs  Plongez au coeur des trous noirs, ces astres qui dévorent toute la matière, et même la lumière ! 

Des astronomes de l'ESO pensaient avoir découvert un trou noir stellaire à seulement 1.000 années-lumière de la Terre. Ils ont maintenant de sérieux doutes sur l'existence de ce qui serait donc le trou noir connu le plus proche du Soleil.

« La science ne souscrit à une loi ou une théorie qu'à l'essai, ce qui signifie que toutes les lois et les théories sont des conjectures ou des hypothèses provisoires. » Ainsi s'exprimait le grand philosophe Sir Karl Raimund Popper dans son célèbre ouvrage Conjectures et réfutations, publié en 1953. On en voit une illustration avec un communiqué de l'ESO dans lequel une équipe dirigée par des astronomes de l'Observatoire européen austral revient avec d'autres collègues, en l'occurrence une équipe internationale basée à la KU Leuven, en Belgique, sur une découverte annoncée en 2020 - Futura en avait parlé dans le précédent article ci-dessous.

À l'époque, Thomas Rivinius, astronome de l'ESO basé au Chili, avait avancé avec ses collègues que le système stellaire HR 6819 était un système triple avec une étoile binaire contenant un trou noir stellaire. Comme ce membre du catalogue Henry Draper (HD) est à environ 1.000 années-lumière du Système solaire, cela faisait de ce trou noir le plus proche connu de la Terre.

Karl Popper (1902-1994) est l'un des plus importants philosophes du XXe siècle. Il est surtout connu pour l'introduction de son fameux critère de réfutabilité en philosophie des sciences. On lui doit aussi des réflexions sur les rapports entre l'esprit et la matière, en compagnie du prix Nobel de médecine John Eccles. © Lucinda Douglas-Menzies, DP

Mais aujourd'hui, comme on peut le constater dans un article publié dans Astronomy & Astrophysics, les astronomes reviennent sur cette interprétation en expliquant qu'ils se sont probablement trompés et que HR 6819 est une étoile double sans trou noir.

Julia Bodensteiner, alors doctorante en 2020 à la KU Leuven, en Belgique, et qui cosigne aujourd'hui l'article avec Thomas Rivinius, avait déjà émis des doutes avec d'autres chercheurs. Les deux équipes pensent conjointement maintenant que HR 6819 est plutôt un système « vampire » avec deux étoiles bouclant une orbite en 40 jours et qui sont dans une phase rare et éphémère de l'évolution de ce système binaire.

Pour arriver à cette conclusion, alternative à la première théorie proposée, les astronomes ont encore mobilisé les instruments de l'ESO, en l'occurrence le Very Large Telescope (VLT) et le Very Large Telescope Interferometer (VLTI) qui permet de combiner les observations de plusieurs télescopes pour synthétiser des images correspondant à un instrument virtuel de plus grande taille, malgré les limites de la production d'un miroir de dimension équivalente.

En principe, plus le miroir d’un télescope est grand, plus les détails qu’il peut voir sont fins. Continuer à augmenter la taille des miroirs des télescopes n'est pas une tâche facile, les astronomes ont donc mis au point une nouvelle technologie pour voir encore plus de détails : l'interférométrie. Cette technique d'observation combine la lumière reçue par deux ou plusieurs télescopes et leur permet d'agir comme une seule unité avec un diamètre de miroir équivalant à la distance entre les télescopes. Les ingénieurs ont conçu le VLT afin qu'il puisse également être utilisé comme interféromètre. 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 ». © Conception visuelle et montage : Martin Kornmesser et Luis Calçada. Musique : John Dyson du CD darklight

Deux hypothèses scrutées avec le VLTI

« Le VLTI était la seule installation capable de nous fournir les données indispensables dont nous avions besoin pour distinguer les deux explications. Comme cela n'avait aucun sens de demander deux fois la même observation, nous avons uni nos forces à celles de l'équipe de la KU Leuven », explique dans un communiqué de l'ESO Dietrich Baade, auteur de l'étude initiale sur HR 6819 et du nouvel article.

« Les scénarios que nous recherchions étaient plutôt clairs, très différents et facilement distinguables avec le bon instrument, y précise Thomas Rivinius qui ajoute, nous étions d'accord sur le fait qu'il y avait deux sources de lumière dans le système, la question était donc de savoir si elles orbitent l'une autour de l'autre de manière rapprochée, comme dans le scénario de l'étoile dénudée, ou si elles sont très éloignées l'une de l'autre, comme dans le scénario du trou noir. »

Pour tenter de trancher entre les deux modélisations des observations précédentes, les chercheurs ont eu recours à Gravity, le célèbre instrument du VLTI qui permet en combinant la lumière de différents télescopes du VLT d'atteindre la résolution spatiale équivalant à un télescope de 130 mètres de diamètre en le combinant au spectrographe Muse (Multi Unit Spectroscopic Explorer).

Le communiqué de l'ESO au sujet de ce qui a été fait avec ces deux instruments donne directement la parole aux chercheurs impliqués.

Abigail Frost, chercheuse à la KU Leuven, qui a dirigé la nouvelle étude publiée aujourd'hui, explique ainsi que « Muse a confirmé qu'il n'y avait pas de compagnon brillant dans une orbite plus large, tandis que la haute résolution spatiale de Gravity a permis de résoudre deux sources brillantes séparées par seulement un tiers de la distance entre la Terre et le Soleil. Ces données se sont avérées être la dernière pièce du puzzle, et nous ont permis de conclure que HR 6819 est un système binaire sans trou noir ». 

Julia Bodensteiner ajoute : « Notre meilleure interprétation jusqu'à présent est que nous avons observé ce système binaire peu après que l'une des étoiles a aspiré l'atmosphère de sa compagne stellaire. Il s'agit d'un phénomène courant dans les systèmes binaires proches, parfois appelé « vampirisme stellaire » dans la presse. Alors que l'étoile donneuse a été dépouillée d'une partie de sa matière, l'étoile receveuse a commencé à tourner plus rapidement. »

HR 6819, que l'on croyait être un système triple avec un trou noir, serait en fait un système de deux étoiles sans trou noir. Les scientifiques, une équipe KU Leuven-ESO, pensent avoir observé ce système binaire pendant un bref instant après que l'une des étoiles a aspiré l'atmosphère de sa compagne, un phénomène souvent appelé « vampirisme stellaire ». Cette animation montre à quoi pourrait ressembler le système ; il est composé d'une étoile ovale entourée d'un disque (une étoile « vampire » Be ; au premier plan) et d'une étoile de type B qui a été dépouillée de son atmosphère (à l'arrière-plan). ESO, L. Calçada

Et Abigail Frost termine en concluant : « Observer une telle phase post-interaction est extrêmement difficile car elle est très courte. Cela rend nos découvertes pour HR 6819 très excitantes, car elle présente un candidat parfait pour étudier comment ce vampirisme affecte l'évolution des étoiles massives, et à son tour la formation de leurs phénomènes associés, y compris les ondes gravitationnelles et les violentes explosions de supernova. »

Pour en savoir plus

Découverte du trou noir le plus proche de la Terre connu

Article de Rémy Decourt publié le 08/05/2020

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.

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