31/07/2022. Découverte d’un Trou Noir proche de la Voie Lactée

L’existence des trous noirs a été longtemps mise doute, car par définition ils ne sont pas observables directement. Néanmoins elle n’est plus guère discutée car elle permet de comprendre la plupart des phénomènes observés par l’astronomie classique comme par la physique quantique. C’est ainsi que la rotation des astres constituant la Voie Lactée s’expliquerait mal sans l’existence d’un trou noir massif situé au centre gravitationnel de celle-ci.

Wikipedia : Dans le cadre de la relativité générale, un trou noir est défini comme une singularité gravitationnelle occultée par un horizon absolu appelé horizon des évènements. Selon la physique quantique, un trou noir est susceptible de s’évaporer par l’émission d’un rayonnement de corps noir appelé rayonnement de Hawking.

Un trou noir n’émet aucune lumière. Néanmoins, nombreux sont ceux surpris en train d’absorber la matière qui les entoure, la poussière, les gaz ou même des étoiles pour les plus gros. Avant d’être absorbés, ces éléments entrent à grande vitesse en rotation autour du trou noir.

Ce faisant, ils émettent de grandes quantités de radiations, notamment dans les rayons X. C’est ainsi que les astrophysiciens peuvent les repérer. Certains trous noirs absorbent peu de matière et n’émettent pratiquement pas d’ondes électromagnétiques. Ils peuvent ainsi échapper aux instruments. C’est un tel objet qui vient d’être découvert dans le grand nuage de Magellan, une des galaxies satellites de la Voie Lactée.

Une équipe d’experts internationaux réputée pour avoir démystifié plusieurs découvertes de trous noirs a découvert ce trou noir qu’ils ont nommé le système VFTS 243. Pesant 9 masses solaires, il orbite autour d’une étoile bleue et chaude faisant 25 fois la masse du Soleil. Son identification n’est pas encore tout à fait certaine mais comme le signalent les auteurs de l’étude ci-dessous publiée dans la revue Nature Astronomy, dont nous donnons les références et le résumé, c’est à ce jour le candidat le plus crédible.

Pour le mettre en évidence, l’équipe a étudié plusieurs années durant la nébuleuse de la Tarentule, une vaste région de formation d’étoiles dans le grand nuage de Magellan, à l’aide de l’instrument FLAMES, un spectrographe installé sur le Très grand télescope de l’ESO. Ils ont scruté près de 1000 étoiles massives à la recherche de celles qui pourraient avoir des trous noirs comme compagnons.

Il est extrêmement difficile d’identifier ces compagnons en tant que trous noirs car il existe de nombreuses autres possibilités se présentant de la même façons : étoiles à neutrons, naines brunes, planètes géantes… Finalement, c’est VFTS 243 qui semble être le plus prometteur.

Les trous noirs de masse stellaire se forment lorsque des étoiles massives arrivent en fin de vie et s’effondrent sous l’effet de leur propre gravité. Dans une étoile binaire, un système de deux étoiles tournant l’une autour de l’autre, ce processus laisse derrière lui un trou noir en orbite autour d’une étoile compagne lumineuse. Ces dernières ont généralement une masse moyenne comprise entre 5 et 10 masses solaires.

Les détecteurs d’ondes gravitationnelles LIGO et VIRGO ont toutefois observé indirectement des trous noirs d’une trentaine de masses solaires. Et à l’autre extrême, le télescope Chandra a mis en évidence un trou noir d’à peine 2,7 masses solaires, issu de la collision de deux étoiles à neutrons.

Autre particularité du trou noir VFTS 243 : il s’est formé sans que l’étoile dont il est le reliquat n’ait explosé sous forme de supernova. « L’étoile qui a formé le trou noir VFTS 243 semble s’être effondrée entièrement, sans aucun signe d’une explosion antérieure« , explique dans un communiqué de l’ESO, Tomer Shenar de l’Université d’Amsterdam. « Des preuves de ce scénario de collapsus direct sont apparues récemment, mais notre étude fournit sans doute l’une des indications les plus directes. Cela a d’énormes implications pour comprendre l’origine des fusions de trous noirs dans le cosmos »

De là à penser qu’un trou noir minuscule puisse se former au centre de Paris, il y a plus qu’un pas.

Référence

An X-ray-quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary within the Large Magellanic Cloud

https://www.nature.com/articles/s41550-022-01730-y

Abstract

Stellar-mass black holes are the final remnants of stars born with more than 15 solar masses. Billions are expected to reside in the Local Group, yet only a few are known, mostly detected through X-rays emitted as they accrete material from a companion star. Here, we report on VFTS 243: a massive X-ray-faint binary in the Large Magellanic Cloud. With an orbital period of 10.4 d, it comprises an O-type star of 25 solar masses and an unseen companion of at least nine solar masses. Our spectral analysis excludes a non-degenerate companion at a 5σ confidence level. The minimum companion mass implies that it is a black hole. No other X-ray-quiet black hole is unambiguously known outside our Galaxy. The (near-)circular orbit and kinematics of VFTS 243 imply that the collapse of the progenitor into a black hole was associated with little or no ejected material or black-hole kick. Identifying such unique binaries substantially impacts the predicted rates of gravitational-wave detections and properties of core-collapse supernovae across the cosmos

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