02/10/ 2022. Détection d’un trou noir proche.

De moins en moins d’astrophysiciens mettent en doute l’existence des trous noirs. Ceux ci sont aujourd’hui définis comme  un objet céleste si compact (autrement dit si dense, si lourd) que l’intensité de son champ gravitationnel (la force gravitationnelle se faisant sentir à sa surface) empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper. 
La force gravitationnelle est le phénomène de réaction physique qui cause l’attraction mutuelle entre deux corps. En général, cette attraction se fait entre un objet et un astre comme la Terre ou la Lune. Cette force produit une accélération gravitationnelle

Contrairement à une erreur souvent faite, le trou noir ne révèle pas l’existence d’un univers dans lequel ne se trouverait aucune matière, ce qui n’aurait guère de sens. Ainsi les trous noirs massifs se trouvant au centre des galaxies ne signifient pas que les astres de ces galaxies orbitent autour du vide. Ils orbitent au contraire autour d’une accumulation d’astres si dense qu’elle empêche toute forme de lumière ou de matière de s’en échapper.

Les trous noirs ne se forment pas seulement au centre des galaxies. On en découvre partout dans l’univers. Les principaux sont les trous noirs « stellaires » (quelques dizaines de fois la masse du Soleil) et les « supermassifs » (quelques millions de fois la masse du Soleil). Il existe aussi les trous noirs « intermédiaires » et « miniatures ». Les plus fréquents proviennent de naines blanches.

Une naine blanche est un objet céleste de forte densité, issu de l’évolution d’une étoile de masse modérée ayant épuisé ses réserves de gaz et ne pouvant donc plus entretenir de réactions thermonucléaires. Cet objet acquiert alors une taille jusqu’à 10 fois moindre, et conserve longtemps une température de surface élevée, d’où son nom de « naine blanche ».Elle a éjecté ses couches supérieures sous forme de nébuleuse planétaire. Une naine blanche de la masse du Soleil possède un rayon de 7.000 km et un cm3 de sa matière, dite dégénérée et dominée par des effets quantiques et relativistes) pèse alors une tonne.

L’article dont l’on trouvera ci-dessous les références et l’abstract relate la découverte récente permise par la mission spatiale européenne Gaïa d’un trou noir situé à 1.500 années lumières de la Terre. Ceci signifie que la lumière, s’il en émettait, mettrait 1500 ans à nous parvenir. Cette découverte fera date car il s’agit du premier trou noir vraiment noir observé.

Il a été détecté indirectement grâce à une étoile qui orbite autour de lui, comparable à notre Soleil. Le mouvement anormal de cette étoile, enregistré par le télescope spatial Gaïa, avait intrigué des astrophysiciens. Leurs calculs paraissent indiscutables. La seule façon d’expliquer cette trajectoire est la présence d’un compagnon dix fois plus lourd, et infiniment plus sombre, un trou noir. Les chercheurs se demandent même s’il n’y a pas en fait deux trous noirs, rapprochés, qui tournent l’un autour de l’autre.

Cela fait une centaine d’années que les physiciens recherchent ces trous noirs. Ecette dernière découverte fera date. Pas seulement parce que c’est le plus proche de la Terre jamais découvert – trois fois plus proche que le précédent record. Surtout parce que c’est le premier trou noir vraiment noir détecté.

Les 20 autres trous noirs connus jusqu’ici dans la Voie lactée sont tous en train d’absorber des nuages de gaz ou une étoile alentour : ils sont donc relativement faciles à détecter, grâce aux rayons X émis lors des opérations ce très violent festin. Mais là non : les télescopes ne voient littéralement rien.

Référence

A Sun-like star orbiting a black hole

We report discovery of a bright, nearby (G=13.8; d=480 pc) Sun-like star orbiting a dark object. We identified the system as a black hole candidate via its astrometric orbital solution from the Gaia mission. Radial velocity monitoring validated and refined the Gaia solution, and spectroscopy ruled out significant light contributions from another star. Joint modeling of radial velocities and astrometry constrains the companion mass to M2=9.8±0.2M⊙. The spectroscopic orbit alone sets a minimum companion mass of M2>5M⊙; if the companion were a 5M⊙ star, it would be 500 times more luminous than the entire system. These constraints are insensitive to the assumed mass of the luminous star, which appears as a slowly-rotating G dwarf (Teff=5850 K, logg=4.5, M=0.93M⊙), with near-solar metallicity ([Fe/H] = -0.2) and an unremarkable abundance pattern. We find no plausible astrophysical scenario that can explain the orbit and does not involve a black hole. The orbital period, Porb=185.6 days, is longer than that of any known stellar-mass black hole binary, and the eccentricity is modest, e=0.45. The system’s Galactic orbit is typical of thin-disk stars, suggesting that it formed in the Milky Way disk with at most a weak natal kick. Explaining the system’s formation with standard binary evolutionary models is challenging: it is difficult for the luminous star to survive a common envelope event under standard assumptions, and difficult for it to end up in a wide orbit afterward. Formation models involving triples or dynamical assembly in an open cluster may be more promising. This is the nearest known black hole by a factor of 3, and its discovery suggests the existence of a sizable population of dormant black holes in binaries. Future Gaia releases will likely facilitate the discovery of dozens more.

Comments:29 pages, 15 figures, 1-2 black holes. Submitted to MNRAS
Subjects:Solar and Stellar Astrophysics (astro-ph.SR); Astrophysics of Galaxies (astro-ph.GA)
Cite as:arXiv:2209.06833 [astro-ph.SR]
 (or arXiv:2209.06833v1 [astro-ph.SR] for this version)
 https://doi.org/10.48550/arXiv.2209.06833 Focus to learn more


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