Des scientifiques découvrent de solides preuves d'un trou noir rare de poids moyen

Une lueur lointaine aux rayons X donne plus de carburant au concept de trous noirs de masse intermédiaire.

Cette illustration montre un trou noir s’alimentant sur un disque inspirant de matériau gazeux.
XMM Newton / ESA / NASA

Une éruption radiographique récemment découverte à partir d'un groupe d'étoiles lointaines pourrait être le signe révélateur d'un trou noir en train de se nourrir. L'équipe derrière ces observations dit que c'est la preuve la plus solide à ce jour pour les trous noirs de classe intermédiaire, un membre insaisissable de la famille des trous noirs.

Des trous noirs intermédiaires sont prévus à partir d'études théoriques et de simulations informatiques, mais ils ont été difficiles à repérer à l'état sauvage. De nombreux astronomes pensent qu’ils existent, du point de vue de l’évolution. Après tout, il existe des preuves de trous noirs de masse stellaire et de trous noirs supermassifs avec des millions ou des milliards de masses solaires au centre de la plupart des grandes galaxies. Pourquoi pas une classe de trous noirs entre les deux?

La meilleure preuve à ce jour pour les trous noirs de masse intermédiaire?

Dans une étude publiée dans Nature Astronomy le 18 juin, des scientifiques ont décrit l'observation d'une source de rayons X dans un amas d'étoiles situé à la périphérie d'une galaxie distante de plus de 700 millions d'années-lumière. La source de rayons X est connue sous le nom de 3XMM J215022.4-055108. Les observations effectuées entre 2006 et 2009 par le télescope spatial à rayons X XMM-Newton l'ont montré à deux reprises. Les observations de suivi effectuées avec les télescopes spatiaux Swift et Chandra ont montré que la source de rayons X était toujours présente en 2014 et 2016, bien qu'elle émette à des niveaux plus faibles.

L'image du télescope spatial Hubble d'une galaxie distante de plus de 700 millions d'années-lumière (jaune-blanc) est superposée à une image d'observation de rayons X Chandra d'une source de rayons X située dans la périphérie de la galaxie en bas à gauche (violet). Les rayons X proviennent des restes d'une étoile déchirée alors qu'elle tombait vers un trou noir de masse intermédiaire.
Rayons X: NASA / CXC / UNH / D. Lin et autres; Optique: NASA / ESA / STScI

L'ensemble des données suggère un événement de perturbation des marées . Lorsqu'une étoile se trouve à la portée d'un trou noir, son champ gravitationnel extrême déchire l'étoile à part, jetant une partie des débris et avalant le reste. Lorsque le matériau pénètre dans le trou noir, il devient extrêmement chaud - des millions de degrés - et émet des rayons X. La luminosité de la lumière parasite s'est estompée au fil des années à un rythme qui correspond à celui d'une étoile dévorée par un trou noir des dizaines de milliers de fois la masse du Soleil.

Bien que les rayons X semblent provenir d’un gaz chaud, sa température a considérablement diminué à mesure que la torchère s’effaçait, ce qui est conforme à d’autres observations sur l’alimentation de trous noirs à masse stellaire, a déclaré l’équipe. La comparaison de l'évolution de la torche à différentes énergies de rayons X avec un modèle d'accumulation de gaz sur un trou noir donne la masse du trou noir et, selon l'équipe, l'évidence la plus évidente d'un trou noir de masse intermédiaire.

Les astronomes ont eu la chance de repérer la fusée éclairante, explique l'investigateur principal de l'étude. "C’est un cas spécial, car la star s’est avérée si proche de ce trou noir", explique Dacheng Lin (Centre des sciences spatiales de l’Université du New Hampshire). Il ajoute que l'équipe continue de parcourir les données d'archives dans l'espoir de repérer plus de flares que celle-ci.

Bülent Kızıltan (Université de Harvard), qui n’a pas participé à l’étude, devra cependant faire plus d’observations pour étayer ce nouveau travail. La principale préoccupation de Kızıltan est que les chercheurs ont utilisé plusieurs modèles pour tirer leurs conclusions. Bien qu'il note que l'étude semble solide, il ajoute que chaque niveau de complexité de la simulation augmente les chances qu'un autre responsable soit responsable du signal.

Toujours à la chasse

L'amas globulaire 47 Tucanae contient des dizaines de milliers d'étoiles - et éventuellement un trou noir de masse intermédiaire.
NASA / ESA / Hubble Heritage (collaboration STScI / AURA) / Hubble. Remerciements: J. Mack (STScI) et G. Piotto (Univ. De Padova, Italie)

Les trous noirs de masse intermédiaire sont difficiles à trouver. Les astronomes ont recherché des trous noirs de masse intermédiaire à l'intérieur de "champs surpeuplés" tels que des amas d'étoiles, mais Kızıltan note qu'il s'agit d'une recherche quelque peu aléatoire. "Pour être franc, " dit-il, "nous n'avons pas d'autre moyen de poursuivre cela. Nous ne pouvons pas simplement regarder dans le vide de l'univers. Nous espérons les trouver grâce à leur interaction avec leur environnement. Ce doit être un terrain surpeuplé. "

Kızıltan a dirigé une étude Nature en 2017 concernant un éventuel trou noir de masse intermédiaire au centre de l'amas globulaire 47 Tucanae (NGC 104). Dans l’étude de son équipe, ils ont simulé la signature gravitationnelle du trou noir en se basant sur les mouvements des pulsars s’accélérant autour de la grappe, produisant une masse de 2 200 masses solaires. Au final, ces résultats n'ont pas convaincu tout le monde non plus - mais les preuves semblent néanmoins s'accumuler pour les trous noirs de masse intermédiaire.