Une concentration importante en trous noirs pourrait expliquer comment des amas globulaires peuvent en venir à se disloquer en formant des traînées d’étoiles. © N. Bartmann, Hubble/ESA
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Une horde de trous noirs est en train de disloquer cet amas d'étoiles

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[EN VIDÉO] Une traînée d’étoiles dans le sillage d’un amas globulaire  Cette simulation développée par des chercheurs de l’université de Barcelone (Espagne) montre comment l’amas globulaire Palomar 5 a pu former des traînées d’étoiles. Elle inclut l’effet de l’évolution stellaire, le champ de marée galactique et les interactions gravitationnelles entre les étoiles et les trous noirs. On y découvre que l’amas se forme avec une population de trous noirs classique, mais que les étoiles sont éjectées plus efficacement que les trous noirs, de sorte que la fraction de trous noirs augmente progressivement. Les trous noirs apparaissent en noir et les étoiles de l’amas, en jaune. © Mark Gieles, Université de Barcelone 

Des amas globulaires, ces concentrations denses d'étoiles en orbite autour des galaxies, il en existe quelque 150 dans le halo de la Voie lactée. Mais Palomar 5 est un peu particulier. Il est en train de se disloquer. À cause de la population importante de trous noirs qu'il renferme, disent les astronomes.

Palomar 5. C'est un amas globulaire situé à quelque 65.000 années-lumière de la Terre. Quelque part dans le halo de notre Voie lactée. Et il a attiré l'attention des astronomes parce qu'il est à la fois environ dix fois moins massif et cinq fois plus étendu que les autres amas globulaires. Il semble tout simplement être en train de se disloquer. Libérant une traînée d'étoiles sur plus de 20° dans notre ciel. Plusieurs de ce genre de traînées ont été observées par ailleurs aux abords de notre Galaxie. Mais aucune n'a pu être aussi bien associée à un amas.

Aujourd'hui, des astronomes de l’université de Barcelone (Espagne) suggèrent que cette traînée d'étoiles est probablement le résultat de l'action d'une population étonnante de plus de 100 trous noirs au cœur même de l'amas. « Ils sont environ trois fois plus nombreux que nous le pensions d'après le nombre d'étoiles dans l'amas. Cela signifie que plus de 20 % de la masse totale de l'amas est aujourd'hui constituée de trous noirs. Chacun a une masse d'environ 20 fois la masse du Soleil. Ils se sont formés suite à des explosions d'étoiles massives en supernova, lorsque l'amas était encore très jeune », explique Mark Gieles, professeur, dans un communiqué de l’Université de Barcelone.

Sur cette vue du ciel, le nombre d’étoiles est plus élevé dans les régions les plus lumineuses. La majeure partie de l’image, où le plan de la Voie lactée est visible, est produite à l’aide des données Gaia eDR3. Le petit patch en haut au centre montre une région où des données plus profondes de Desi Legacy Imaging Survey (DECaLS) sont disponibles, ce qui permet de voir Palomar 5 et ses traînées d’étoiles. © M. Gieles et al., Gaia eDR3, Desi Decals

Palomar 5 comme une pierre de rosette ?

Pour en arriver à cette conclusion, les chercheurs ont fait varier les propriétés initiales de l'amas et simulé l'évolution de chacune de ses étoiles jusqu'à aboutir à une bonne correspondance avec les observations. Ils en déduisent que Palomar 5 s'est formé avec une fraction de trous noirs faible. Mais que ses étoiles se sont échappées plus facilement, faisant augmenter la représentation des trous noirs. Ces derniers ont alors gonflé dynamiquement l'amas, par des interactions gravitationnelles avec les étoiles. Conduisant tout simplement encore plus d'étoiles à s'échapper. Dans un milliard d'années, juste avant sa dissolution, l'amas ne contiendra plus que des trous noirs.

Ces travaux suggèrent que non seulement Palomar 5, mais tous les amas globulaires ayant formé des traînés d'étoiles ont pu abriter une large population de trous noirs à un moment de leur histoire. De quoi potentiellement aider à mieux comprendre les processus qui se cachent derrière la formation des amas globulaires et comment évoluent les étoiles massives, notamment.

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