Des exoplanètes pourraient se former autour des trous noirs géants

Il y a déjà 5 ans, en novembre 2014, le film de science-fiction Interstellar de Christopher Nolan sortait sur nos écrans. Il avait bénéficié des conseils du prix Nobel de physique, Kip Thorne. Malgré des simplifications trompeuses concernant l'aspect du trou noir supermassif Gargantua, comme l'expliquait Jean-Pierre Luminet sur son blog mis à disposition sur Futura, le blockbuster de Nolan contenait bon nombre d’éléments corrects issus de la physique et de l’astrophysique comme l'avait expliqué Futura.

Aujourd'hui, alors que l'on commence à imager les trous noirs supermassifs avec l'Event Horizon Telescope, un groupe de chercheurs japonais vient de publier dans le célèbre Astrophysical Journal un article également en accès libre sur arXiv, qui apporte un peu plus de crédibilité à Interstellar. Les astrophysiciens y avancent en effet des arguments qui laissent penser que des exoplanètes peuvent se former autour des trous noirs supermassifs quand ils sont à l'origine des noyaux actifs de galaxies (Active Galactic Nuclei ou AGN en anglais) peu lumineux, donc pas des quasars.

Une vue d'artiste des exoplanètes nées dans le tore de poussière d'un trou noir supermassif avec des jets de matière. © Kagoshima University 

Pour comprendre le travail des chercheurs japonais, il faut savoir que la matière s'accrétant autour d'un trou noir supermassif donne lieu à l'existence d'une double structure. En premier lieu, un peu au-delà de l'horizon des événements, un disque d'accrétion particulièrement chaud pour un AGN et au-delà un tore poussiéreux qui bloque le rayonnement intense produit par le trou noir de Kerr central et son disque d'accrétion. Dans ce tore, qui s'étend d'environ 0,3 à 30 années-lumière, la température chute et une structure stratifiée apparaît de sorte que l'on se trouve en présence de l'équivalent des disques protoplanétaires autour des étoiles jeunes.

Dans ce disque, d'après les calculs des astrophysiciens, des processus équivalents à ceux qui ont fait passer les poussières à l'état de planète dans le Système solaire devraient se produire avec des exoplanètes qui pourraient se former en plusieurs centaines de millions d'années. En particulier, à environ 3 années-lumière du trou noir supermassif, dans son tore de poussières, la température est suffisamment basse pour que débute l'équivalent de la fameuse ligne de glace, encore appelée ligne de neige. Des particules glacées naissent alors comme ce fut le cas au début de la formation des planètes géantes du Système solaire.

Eiichiro Kokubo, professeur à l'Observatoire astronomique national du Japon et l'un des auteurs de cette découverte, encore théorique, explique que : « Nos calculs montrent que des dizaines de milliers de planètes représentant 10 fois la masse de la Terre pourraient se former à 10 années-lumière... Autour des trous noirs, il pourrait exister des systèmes planétaires d'une ampleur incroyable ».

Il y a environ un an, Sean Raymond, astronome à l'Observatoire de Bordeaux et spécialiste de la formation planétaire, avait lui-même découvert théoriquement que d'étonnantes configurations stables avec des exoplanètes pouvaient exister autour des trous noirs supermassifs.