Découverte d’un trou noir intermédiaire au centre d’un amas stellaire

Des chercheurs suggèrent 2 preuves sur la présence d’un trou noir intermédiaire au centre de l’amas globulaire connu comme 47 du Toucan (47 Tucanae).


Des chercheurs suggèrent 2 preuves sur la présence d'un trou noir intermédiaire au centre de l'amas globulaire connu comme 47 du Toucan (47 Tucanae).
Une représentation d'artiste d'un trou noir intermédiaire potentiel qui se trouve au centre de l'amas globulaire 47 du Toucan (47 Tucanae) - Crédit : CfA / M. Weiss

On connait 2 types de trous noirs. Le stellaire fait quelques masses solaires et le trou noir supermassif qui peut faire des millions de masses solaires. Les astronomes espéraient qu’il existe des trous noirs intermédiaires qui possèdent une masse allant de 100 à 10 000 soleils, mais on n’avait aucune preuve de leur existence jusqu’à présent. Aujourd’hui, les astronomes annoncent des preuves qu’un ayant 2 200 masses solaires se cache dans le centre de l’ ().

Nous voulons trouver des trous noirs intermédiaires parce qu’ils sont le chainon manquant entre le trou noir stellaire et le trou noir supermassif. Ces trous noirs intermédiaires pourraient être les graines primordiales des monstres que nous voyons au centre des galaxies selon Bulent Kiziltan, principal auteur de l’étude au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Les résultats ont été publiés dans la revue Nature.

47 du Toucan est un amas globulaire datant de 12 milliards d’années-lumières et qui est situé à 13 000 années-lumières de la Terre dans la constellation du Toucan. Cet amas contient des milliers d’étoiles dans une zone de 120 années-lumières. Il possède également 2 douzaines de pulsars qui étaient des cibles importantes pour cette analyse. On a déjà tenté de trouver un trou noir supermassif au centre de 47 du Toucan, mais sans grand succès. Dans la plupart des cas, on trouve un trou noir en cherchant des rayons X qui proviennent du disque de matière qui l’entoure. Cette méthode fonctionne seulement si le trou noir consomme le gaz environnant (on dit que le trou noir est actif). Le centre de 47 Tucanae ne possède pas de gaz et cela affame le trou noir potentiel.

Le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée trahit sa présence à cause de son influence sur les étoiles proches. Des années d’observations en infrarouge ont montré que des étoiles dans notre centre galactique tournent autour d’un objet invisible qui possède une forte influence gravitationnelle. Mais le centre de 47 Tucanae est rempli d’étoiles et il est impossible de voir le mouvement d’étoiles individuelles.

Une autre représentation d'artiste d'un trou noir intermédiaire potentiel qui se trouve au centre de l'amas globulaire 47 du Toucan (47 Tucanae) - Crédit : B. Kiziltan et T. Karacan

Une autre représentation d’artiste d’un trou noir intermédiaire potentiel qui se trouve au centre de l’amas globulaire 47 du Toucan (47 Tucanae) – Crédit : B. Kiziltan et T. Karacan

La nouvelle recherche se base sur 2 faisceaux de preuves. La première est les mouvements globaux des étoiles dans l’amas. L’environnement de l’amas est si dense que les étoiles massives tendent à s’enfoncer vers le centre de l’amas. Le trou noir intermédiaire au centre de l’amas agit comme une « cuillère cosmique » en remuant ce centre. De ce fait, les étoiles sont projetées à grandes vitesses sur de grandes distances. Cela crée un signal subtil que les astronomes peuvent mesurer.

En utilisant des simulations informatiques des mouvements et des distances stellaires et en les comparant avec les observations en lumière visible, l’équipe a trouvé les preuves de cette projection gravitationnelle. Le second faisceau de preuves provient des pulsars qui sont les restes compacts d’étoiles dont les signaux sont faciles à détecter. Ces objets sont également influencés par la gravitation du trou noir intermédiaire et ces pulsars sont repoussés à de grandes distances du centre de l’amas par rapport aux prédictions s’il n’y avait pas de trou noir intermédiaire. En combinant ces preuves, on peut estimer la masse de ce trou noir intermédiaire à 2 200 masses solaires. Étant donné que ce trou noir a échappé aux astronomes depuis si longtemps, on pourrait trouver d’autres objets similaires dans d’autres amas globulaires en utilisant les mêmes techniques.

Comme mentionné au début, on connait seulement 2 types de trous noirs avec la version stellaire et galactique. Le trou noir intermédiaire est le lien entre les deux, mais la physique théorique propose 4 grandes familles de trous noirs. Le trou noir stellaire, galactique, le micro trou noir et le trou noir univers. Le micro trou noir pourrait se produire dans le monde de la mécanique quantique, mais son existence est très hypothétique, car il faut une masse ou de l’énergie considérable (supérieure à la masse de Planck) pour le produire en laboratoire. Le trou noir univers est encore plus hypothétique, mais il se base sur la relativité générale (c’est pourquoi elle ne fonctionne pas pour les trous noirs) dans laquelle les équations prédisent qu’un trou noir pourrait mener vers d’autres univers et que notre univers pourrait avoir émergé d’un trou noir. Autant dire que la plupart des physiciens sourient face à cette hypothèse.

Source : CFA Harvard (https://www.cfa.harvard.edu/news/2017-06)

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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