Le système du « trou noir le plus proche » ne contient aucun trou noir


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  • En 2020, une équipe dirigée par des astronomes de l’Observatoire européen austral (ESO) a signalé le trou noir le plus proche de la Terre, situé à seulement 1000 années-lumière dans le système HR 6819. Mais les résultats de leur étude ont été contestés par d’autres chercheurs, notamment par une équipe internationale basée à la KU Leuven, en Belgique. Dans un article publié aujourd’hui, ces deux équipes se sont unies pour signaler qu’il n’y a en fait pas de trou noir dans HR 6819, qui est plutôt un système à deux étoiles « vampire » dans une étape rare et éphémère de son évolution.

    L’étude originale sur HR 6819 a reçu une attention considérable de la part de la presse et des scientifiques. Thomas Rivinius, astronome de l’ESO basé au Chili et auteur principal de cet article, n’a pas été surpris par l’accueil réservé par la communauté astronomique à leur découverte du trou noir. « Non seulement c’est normal, mais il faudrait que les résultats soient scrutés », dit-il, « et un résultat qui fait encore plus la une des journaux ».

    Rivinius et ses collègues étaient convaincus que la meilleure explication des données dont ils disposaient, obtenues avec le télescope MPG/ESO de 2,2 mètres, était que HR 6819 était un système triple, avec une étoile en orbite autour d’un trou noir tous les 40 jours et une deuxième étoile dans une orbite beaucoup plus large. Mais une étude menée par Julia Bodensteiner, alors doctorante à la KU Leuven, en Belgique, a proposé une explication différente pour les mêmes données : HR 6819 pourrait aussi être un système avec seulement deux étoiles sur une orbite de 40 jours et aucun trou noir du tout. . Ce scénario alternatif exigerait que l’une des étoiles soit « dépouillée », ce qui signifie qu’à un moment antérieur, elle avait perdu une grande partie de sa masse au profit de l’autre étoile.

    « Nous avions atteint la limite des données existantes, nous avons donc dû nous tourner vers une stratégie d’observation différente pour départager les deux scénarios proposés par les deux équipes », explique Abigail Frost, chercheuse à la KU Leuven, qui a dirigé la nouvelle étude publiée aujourd’hui dans Astronomie & Astrophysique.

    Pour résoudre le mystère, les deux équipes ont travaillé ensemble pour obtenir de nouvelles données plus précises sur HR 6819 à l’aide du Very Large Telescope (VLT) et du Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de l’ESO. « Le VLTI était la seule installation qui nous fournirait les données décisives dont nous avions besoin pour distinguer les deux explications », explique Dietrich Baade, auteur de l’étude originale HR 6819 et de la nouvelle Astronomie & Astrophysique papier. Comme cela n’avait aucun sens de demander deux fois la même observation, les deux équipes ont uni leurs forces, ce qui leur a permis de mettre en commun leurs ressources et leurs connaissances pour trouver la véritable nature de ce système.

    « Les scénarios que nous recherchions étaient plutôt clairs, très différents et facilement distinguables avec le bon instrument », explique Rivinius. « Nous avons convenu qu’il y avait deux sources de lumière dans le système, donc la question était de savoir si elles orbitent étroitement, comme dans le scénario de l’étoile dénudée, ou sont éloignées l’une de l’autre, comme dans le scénario du trou noir. »

    Pour faire la distinction entre les deux propositions, les astronomes ont utilisé à la fois l’instrument GRAVITY du VLTI et l’instrument Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) sur le VLT de l’ESO.

    « MUSE a confirmé qu’il n’y avait pas de compagnon lumineux sur une orbite plus large, tandis que la haute résolution spatiale de GRAVITY était capable de résoudre deux sources lumineuses séparées par seulement un tiers de la distance entre la Terre et le Soleil », explique Frost. « Ces données se sont avérées être la dernière pièce du puzzle et nous ont permis de conclure que HR 6819 est un système binaire sans trou noir. »

    « Notre meilleure interprétation jusqu’à présent est que nous avons capturé ce système binaire peu de temps après que l’une des étoiles ait aspiré l’atmosphère de son étoile compagne. C’est un phénomène courant dans les systèmes binaires proches, parfois appelé » vampirisme stellaire « dans la presse », explique Bodensteiner, aujourd’hui chercheur à l’ESO en Allemagne et auteur de la nouvelle étude. « Alors que l’étoile donneuse a été dépouillée d’une partie de son matériel, l’étoile receveuse a commencé à tourner plus rapidement. »

    « Attraper une telle phase post-interaction est extrêmement difficile car elle est si courte », ajoute Frost. « Cela rend nos découvertes pour HR 6819 très excitantes, car elles présentent un candidat parfait pour étudier comment ce vampirisme affecte l’évolution des étoiles massives, et à son tour la formation de leurs phénomènes associés, y compris les ondes gravitationnelles et les violentes explosions de supernova. »

    L’équipe conjointe Louvain-ESO nouvellement formée prévoit désormais de surveiller de plus près HR 6819 à l’aide de l’instrument GRAVITY du VLTI. Les chercheurs mèneront une étude conjointe du système au fil du temps, afin de mieux comprendre son évolution, de contraindre ses propriétés et d’utiliser ces connaissances pour en savoir plus sur d’autres systèmes binaires.

    Quant à la recherche des trous noirs, l’équipe reste optimiste. « Les trous noirs de masse stellaire restent très insaisissables en raison de leur nature », explique Rivinius. « Mais les estimations de l’ordre de grandeur suggèrent qu’il y a des dizaines à des centaines de millions de trous noirs dans la seule Voie lactée », ajoute Baade. Ce n’est qu’une question de temps avant que les astronomes ne les découvrent.

    Plus d’information

    Cette recherche a été présentée dans l’article « HR 6819 is a binary system with no black hole: Revisiting the source with infrarouge interferometry and optical integral field spectroscopy » à paraître dans Astronomie & Astrophysique.

    Il a reçu un financement du Conseil européen de la recherche (ERC) dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne (accord de subvention numéro 772225 : MULTIPLES ; PI : Hugues Sana).

    L’équipe est composée de AJ Frost (Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgique [KU Leuven]), J. Bodensteiner (Observatoire européen austral, Garching, Allemagne [ESO]), E. Rivinius (Observatoire européen austral, Santiago, Chili [ESO Chile]), D. Baade (ESO), A. Mérand (ESO), F. Selman (ESO Chili), M. Abdul-Masih (ESO Chili), G. Banyard (KU Leuven), E. Bordier (KU Leuven, ESO Chili), K. Dsilva (KU Leuven), C. Hawcroft (KU Leuven), L. Mahy (Observatoire Royal de Belgique, Bruxelles, Belgique), M. Reggiani (KU Leuven), T. Shenar (Anton Pannekoek Institute for Astronomy , Université d’Amsterdam, Pays-Bas), M. Cabezas (Institut d’astronomie, Académie des sciences de la République tchèque, Prague, République tchèque [ASCR]), P. Hadrava (ASCR), M. Heida (ESO), R. Klement (The CHARA Array of Georgia State University, Mount Wilson Observatory, Mount Wilson, USA) et H. Sana (KU Leuven).

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