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Première détection directe d’un trou noir dans un jeune amas d’étoiles

Illustration artistique du trou noir de NGC 1850 déformant son étoile compagne.

Illustration artistique du trou noir de NGC 1850 déformant son étoile compagne.

Photo : ESO/M. Kornmesser

Un petit trou noir stellaire situé tout juste à l'extérieur de la Voie lactée a été détecté directement grâce au Très Grand Télescope de l'Observatoire européen austral (ESO).

Le trou noir a été repéré dans NGC 1850, un amas de milliers d'étoiles situé à environ 160 000 années-lumière de la Terre dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie voisine de la nôtre.

Image montrant un amas de milliers d'étoiles situé à environ 160 000 années-lumière dans le Grand Nuage de Magellan.

Cette image montre NGC 1850, un amas de milliers d'étoiles situé à environ 160 000 années-lumière de la Terre dans le Grand Nuage de Magellan, un voisin de la Voie lactée. Les filaments rougeâtres qui entourent l'amas, constitués de vastes nuages d'hydrogène, seraient les restes d'explosions de supernovas.

Photo : ESO/NASA/ESA/M.Romaniello

Pour découvrir l'objet céleste, les chercheurs ont cherché des signes de son influence sur le mouvement d'une étoile située dans son voisinage immédiat.

C'est la première fois que cette méthode de détection est utilisée pour révéler la présence d'un trou noir en dehors de notre galaxie, affirme dans un communiqué l’ESO.

Repères

  • Un trou noir est un objet céleste qui possède une masse extrêmement importante dans un volume très petit. Comme si le Soleil ne faisait que quelques kilomètres de diamètre ou que la Terre était comprimée dans la tête d’une épingle.
  • L'intensité de son champ gravitationnel empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper.
  • L'horizon des événements marque la limite immatérielle de l'entrée dans le trou noir. Ce contour du trou noir est considéré comme l’un des endroits les plus violents de l'Univers, et le point de non-retour au-delà duquel tout – c’est-à-dire les étoiles, planètes, gaz, poussière, et toute forme de rayonnement électromagnétique, y compris la lumière – serait irréversiblement aspiré.
  • Les trous noirs stellaires se forment à l'occasion de l'effondrement gravitationnel de certaines étoiles massives en fin de vie qui explosent en supernovas.
  • Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre des galaxies et leur masse varie entre un million et des milliards de fois celle du Soleil.

Détective du cosmos

Un peu à la manière de Sherlock Holmes traquant une bande de criminels à partir de leurs faux pas, nous examinons chaque étoile de cet amas avec une loupe dans une main, en essayant de trouver des preuves de la présence de trous noirs, mais sans les voir directement, explique la scientifique britannique Sara Saracino, de l'Institut de recherche en astrophysique de l'Université John Moores.

« Le résultat présenté ici ne représente qu'un seul des criminels recherchés, mais quand on en a trouvé un, on est bien parti pour en découvrir beaucoup d'autres, dans différents amas. »

— Une citation de  Sara Saracino, Université John Moores

Le trou noir est environ 11 fois plus massif que notre Soleil. C’est l'influence gravitationnelle qu'il exerce sur l'étoile de cinq masses solaires en orbite autour de lui qui a mis les astronomes sur sa piste.

Carte du ciel montrant l'emplacement de l'amas NGC 1850 dans la constellation de la Dorade

Cette carte cartographie la constellation de la Dorade dans l’hémisphère Sud ainsi que d'autres étoiles dans cette région du ciel, dont la plupart peuvent être vues à l'œil nu par une nuit noire et claire.

Photo : ESO, IAU and Sky & Telescope

Difficiles à détecter

Des petits trous noirs de masse stellaire ont déjà été détectés dans d'autres galaxies. Les scientifiques ont parfois réussi à les observer en détectant les rayons X qu’ils émettent lorsqu'ils avalent de la matière, ou les ondes gravitationnelles qu’ils génèrent lorsqu’ils entrent en collision entre eux ou avec des étoiles à neutrons.

Mais ce sont des exceptions, puisque la plupart des trous noirs de masse stellaire ne révèlent pas leur présence par les rayons X ou les ondes gravitationnelles.

La grande majorité d'entre eux ne peuvent être dévoilés que de manière dynamique, explique dans le communiqué l’astrophysicien allemand Stefan Dreizler, de l'Université de Göttingen. Lorsqu'ils forment un système avec une étoile, ils modifient son mouvement de manière subtile, mais détectable, et nous pouvons alors les trouver en utilisant des instruments très perfectionnés.

La méthode dynamique utilisée par Sara Saracino et son équipe pourrait donc permettre de trouver beaucoup plus de trous noirs.

Chaque détection que nous faisons sera importante pour notre compréhension future des amas stellaires et des trous noirs qu'ils contiennent, conclut le co-auteur de l'étude Mark Gieles, de l'Université de Barcelone, en Espagne.

Le détail de cette découverte est publié dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

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