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Un trou noir stellaire découvert dans le voisinage de la Voie lactée

Il s'agit du premier trou noir de masse stellaire « dormant » à être repéré sans ambiguïté en dehors de notre galaxie.

Un grand cercle lumineux devant lequel se trouve un plus petit, beaucoup plus sombre.

Cette illustration artistique montre à quoi ressemblerait le système binaire VFTS 243 si nous l'observions de près. L'effet de lentille autour du trou noir n'est montré que pour rendre cet objet plus visible dans l'image.

Photo : ESO/L. Calçada

Un trou noir de masse stellaire a été détecté dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie voisine de notre Voie lactée.

Le repérage a été réalisée par une équipe internationale d'astrophysiciens à la suite de six années d'observations effectuées avec le Très Grand télescope de l'Observatoire européen austral (ESO) installé dans le désert d'Atacama, au Chili.

La Voie lactée et les deux nuages de Magellan.

La Voie lactée et les deux nuages de Magellan.

Photo : NASA/Nina McCurdy / Nick Risinger

Nous avons identifié une aiguille dans une botte de foin, affirme dans un communiqué Tomer Shenar, de l'Université d'Amsterdam, aux Pays-Bas.

L'objet céleste présente une masse environ neuf fois supérieure au Soleil et tourne autour d'une étoile bleue et chaude de 25 fois la masse de notre étoile.

Il existe plusieurs types de trous noirs, ces objets célestes qui possèdent une masse extrêmement importante dans un volume très petit et dont l’intensité du champ gravitationnel empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’échapper.

VFTS 243 est un trou noir stellaire, des objets qui se forment à l'occasion de l'effondrement gravitationnel d'étoiles massives en fin de vie qui explosent habituellement en supernovae. À ce jour, 20 trous noirs de ce type ont été confirmés dans la Voie lactée.

Les principaux types de trous noirs

  • Les trous noirs primordiaux sont de très petite taille. Ils se seraient formés durant le big bang dans les régions extrêmement denses de l’univers primordial.
  • Les trous noirs intermédiaires oscillent entre 100 et 10 000 masses solaires.
  • Les trous noirs stellaires présentent une masse de 10 à 20 fois celle du Soleil.
  • Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre de la plupart des galaxies et leur masse équivaut à des millions ou même à des milliards de fois celle du Soleil. Celui au centre de la Voie lactée se nomme Sagittaire A*, dont la première image a été rendue publique en mai dernier.

Le trou noir récemment repéré serait né dans un système de deux étoiles tournant l'une autour de l'autre, un processus qui a laissé derrière lui un trou noir en orbite autour d'une étoile compagne lumineuse, note Pablo Marchant de l’université KU Leuven, en Belgique, l'un des coauteurs de l'étude.

Un trou noir est considéré comme dormant s'il n'émet pas de hauts niveaux de rayons X. Ces objets célestes sont très difficiles à repérer, car ils n'interagissent que très peu avec leur environnement.

Pour réussir à détecter VFTS 243, les scientifiques ont scruté 1000 étoiles massives dans la région de la nébuleuse de la Tarentule du Grand Nuage de Magellan à la recherche de trous noirs compagnons évoluant dans un système binaire d’étoiles.

Le trou noir se trouve à quelque 160 000 années-lumière de la Terre.

 De nombreux points lumineux et colorés sur un fond sombre.
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Sur cette image apparaît la nébuleuse de la Tarentule. Elle révèle un paysage céleste d’amas stellaires, de nuages de gaz ainsi que de restes d’explosions de supernovae.

Photo : ESO

Sans supernova

Ces travaux permettent aussi de mieux cerner les processus qui mènent à l’apparition des trous noirs. Les astronomes pensent qu'un trou noir de masse stellaire se forme lorsque le noyau d'une étoile massive mourante s'effondre, mais on ne sait pas avec certitude si ce processus s'accompagne ou non d'une puissante explosion de supernova, notent les auteurs.

Dans le cas présent, l'étoile qui a donné naissance au trou noir semble s'être effondrée entièrement, sans aucun signe d'une explosion antérieure.

« Des preuves de ce scénario d’effondrement direct sont apparues récemment, mais notre étude fournit sans doute l'une des indications les plus directes. Cela a d'énormes implications pour l'origine des fusions de trous noirs dans le cosmos. »

— Une citation de  Tomer Shenar, Université d'Amsterdam

Le détail de ces travaux est publié dans la revue Nature Astronomy (en anglais).

En janvier dernier, des astrophysiciens italiens ont évalué à environ 40 trillions le nombre de trous noirs stellaires au sein de l'Univers observable. Ce nombre équivaut à 40 milliards de milliards (4 et 19 zéros).

Des collègues américains avaient estimé en 2017 que la Voie lactée en contenait à elle seule environ 100 millions.

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