Des astronomes ont découvert un trou noir très sournois

VFTS 243 est un système binaire composé d’une grande étoile bleue chaude et d’un trou noir en orbite l’un autour de l’autre, comme le montre cette animation.

Il se passe toujours quelque chose de nouveau et d’excitant dans le domaine de la recherche sur les trous noirs.

Albert Einstein a publié pour la première fois son livre expliquant la relativité générale – qui postulait les trous noirs – en 1922. Cent ans plus tard, les astronomes ont capturé des images réelles du trou noir au centre de la Voie lactée. Dans un article récent, une équipe d’astronomes décrit une autre nouvelle découverte passionnante : le premier trou noir “dormant” observé en dehors de la galaxie.

Je suis un astrophysicien qui étudie les trous noirs – les objets les plus denses de l’univers – depuis près de deux décennies. Les trous noirs dormants sont des trous noirs qui n’émettent aucune lumière perceptible. Ils sont donc notoirement difficiles à trouver. Cette nouvelle découverte est passionnante car elle donne un aperçu de la formation et de l’évolution des trous noirs. Ces informations sont essentielles pour comprendre les ondes gravitationnelles et d’autres événements astronomiques.

Qu’est-ce que le VFTS 243 exactement ?

VFTS 243 est un système binaire, ce qui signifie qu’il est composé de deux objets qui tournent autour d’un centre de gravité commun. Le premier objet est une étoile bleue très chaude avec 25 fois la masse du Soleil, et le second est un trou noir qui fait neuf fois la masse du Soleil. VFTS 243 est situé dans la nébuleuse de la Tarentule dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie satellite de la Voie Lactée à environ 163 000 années-lumière de la Terre.

Cette vidéo commence par une vue de la Voie lactée et zoome jusqu’au VFTS 243, qui est situé dans le Grand Nuage de Magellan.

Le trou noir dans VFTS 243 est considéré comme dormant car il n’émet aucun rayonnement détectable. Ceci est en contraste frappant avec d’autres systèmes binaires dans lesquels les rayons X puissants du trou noir sont détectés.

Le trou noir mesure environ 54 kilomètres de diamètre et éclipse l’étoile énergétique, qui est environ 200 000 fois plus grande. Les deux tournent rapidement autour d’un centre de gravité commun. Même avec les télescopes les plus puissants, le système semble visuellement être un seul point bleu.

Trouver des trous noirs endormis

Les astronomes soupçonnent qu’il existe des centaines de ces systèmes binaires de trous noirs qui n’émettent pas de rayons X, cachés dans la Voie Lactée et le Grand Nuage de Magellan. Les trous noirs sont plus facilement visibles lorsqu’ils retirent de la matière d’une étoile compagne, un processus connu sous le nom de “alimentation”.

L’alimentation produit un disque de gaz et de poussière qui entoure le trou noir. Au fur et à mesure que la matière du disque tombe vers le trou noir, la friction chauffe le disque d’accrétion à des millions de degrés. Ces disques chauds de matière émettent une énorme quantité de rayons X. Le premier trou noir ainsi détecté est le fameux système Cygnus X-1.

agrandir / Sur la gauche se trouve une image optique montrant Cygnus X-1, encadrée par un cadre rouge. Sur la droite se trouve une interprétation d’artiste montrant les couches externes du trou noir, siphonnant la matière de l’étoile compagne, formant un disque d’accrétion.

Les astronomes savent depuis des années que VFTS 243 est un système binaire, mais si le système est une paire d’étoiles ou une danse entre une seule étoile et un trou noir n’était pas clair. Pour déterminer ce qui était vrai, l’équipe qui étudie le binaire a utilisé une technique appelée démêlage spectral. Cette technique sépare la lumière du VFTS 243 en ses longueurs d’onde composantes, ce qui est similaire à ce qui se passe lorsque la lumière blanche pénètre dans un prisme et que les différentes couleurs sont produites.

Cette analyse a révélé que la lumière de VFTS 243 provenait d’une seule source, et non de deux étoiles distinctes. Parce qu’il n’y avait pas de rayonnement détectable du compagnon de l’étoile, la seule conclusion possible était que le deuxième corps de l’étoile binaire est un trou noir, et donc le premier trou noir dormant trouvé à l’extérieur de la Voie lactée.

Dans le système VFTS 243, le compagnon stellaire et le trou noir (qui ne sont pas représentés à l'échelle) orbitent l'un autour de l'autre.  Notez qu'aucun disque d'accrétion n'est présent.
agrandir / Dans le système VFTS 243, le compagnon stellaire et le trou noir (qui ne sont pas représentés à l’échelle) orbitent l’un autour de l’autre. Notez qu’aucun disque d’accrétion n’est présent.

Pourquoi le VFTS 243 est-il important ?

La plupart des trous noirs avec des masses inférieures à 100 soleils sont formés par l’effondrement d’une étoile massive. Lorsque cela se produit, il y a souvent une explosion massive connue sous le nom de supernova.

Le fait que le trou noir du système VFTS 243 soit sur une orbite circulaire avec l’étoile est une preuve solide qu’il n’y a pas eu d’explosion de supernova qui aurait autrement expulsé le trou noir du système – ou au pire aurait perturbé le travail. Au lieu de cela, il semble que l’étoile ancêtre s’est effondrée directement pour former le trou noir sans explosion.

L’étoile massive du système VFTS 243 ne vivra que 5 millions d’années supplémentaires – un clin d’œil à des échelles de temps astronomiques. La mort de l’étoile devrait entraîner la formation d’un autre trou noir, transformant le système VFTS 243 en un trou noir binaire.

À ce jour, les astronomes ont détecté près de 100 événements où des trous noirs binaires ont fusionné et provoqué des ondulations dans l’espace-temps. Mais la façon dont ces systèmes de trous noirs binaires se forment est encore inconnue. C’est pourquoi le VFTS 243 et les systèmes similaires encore à découvrir sont si importants pour les recherches futures. Peut-être que la nature a le sens de l’humour – parce que les trous noirs sont les objets les plus sombres qui existent et n’émettent pas de lumière, mais ils éclairent notre compréhension fondamentale de l’univers.
La conversation

Idan Ginsburg, Faculté académique de physique et d’astronomie, Georgia State University. Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article d’origine.

Image de la liste par ESO/L. calcada

Leave a Reply

Your email address will not be published.