Des dizaines de milliers de trous noirs au centre de la Voie lactée ?
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Une équipe d’astrophysiciens dirigée par l’Université de Columbia a découvert une douzaine de trous noirs rassemblés autour du Sagittarius A* (Sgr A*), le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. La découverte est la première à soutenir une prédiction vieille de plusieurs décennies en ouvrant une myriade d’opportunités pour mieux comprendre l’univers.
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Si vous voulez comprendre la façon dont les grands trous noirs interagissent avec les petits trous noirs, alors vous pouvez le faire en étudiant cette distribution selon Chuck Hailey, astrophysicien de Columbia, co-directeur du Columbia Astrophysics Lab et auteur principal de l’étude. La Voie lactée est vraiment la seule galaxie où nous pouvons étudier comment les trous noirs supermassifs interagissent avec les petits trous noirs dans d’autres galaxies. C’est en quelque sorte le seul laboratoire où nous pouvons étudier phénomène. L’étude a été publiée dans la revue Nature.1
Sommaire
Des petits noirs autour de trous noirs supermassifs
Pendant plus de deux décennies, les chercheurs ont recherché en vain des preuves pour soutenir une hypothèse selon laquelle des milliers de trous noirs entourent des trous noirs supermassifs au centre de grandes galaxies. Il n’y a que cinq douzaines de trous noirs connus dans toute la galaxie avec une taille moyenne de 100 000 années-lumière et il y en aurait 10 000 à 20 000 dans une région de seulement six années-lumière selon Hailey en ajoutant que de vastes recherches infructueuses ont été faites pour les trous noirs autour de Sgr A *, le trou noir supermassif le plus proche de la Terre et donc le plus facile à étudier.
Le chercheur a expliqué que Sgr A * est entouré par un halo de gaz et de poussière qui fournit le terreau idéal pour la naissance d’étoiles massives, qui vivent, meurent et pourraient se transformer en trous noirs. De plus, on estime que les trous noirs de l’extérieur du halo tombent sous l’influence du trou noir supermassif lorsqu’ils perdent leur énergie ce qui les amène à être tirés à son voisinage où ils sont retenus captifs par sa force.
Des trous noirs stellaires capturés par Sagittarius A*
Alors que la plupart des trous noirs piégés restent isolés, certains capturent et se lient à une étoile qui passe en formant un binaire stellaire. Les chercheurs pensent qu’il existe une forte concentration de ces trous noirs isolés et accouplés dans le centre galactique en formant une cuspide de densité qui devient plus peuplée avec la diminution de la distance du trou noir supermassif. Dans le passé, les tentatives infructueuses pour trouver ce type de preuve se sont concentrées sur la recherche de l’éclat brillant de la lueur des rayons X qui se produit dans les binaires de trous noirs.
C’est une façon évidente de vouloir chercher des trous noirs selon Hailey, mais le Centre Galactique est si loin de la Terre que ces éclats sont seulement visible une fois tous les 100 à 1000 ans. Pour détecter les binaires des trous noirs, Hailey et ses collègues se sont rendu compte qu’ils auraient besoin de chercher des signaux plus faibles sous la forme de rayons X plus stables pendant l’état inactif des binaires.
Une douzaine de trous noirs au centre de la Voie lactée
Ce serait si facile si les binaires de trous noirs émettaient régulièrement de gros sursauts comme les binaires d’étoiles à neutrons, mais ils ne le font pas, nous avons donc dû trouver une autre façon de les chercher selon Hailey. Les trous noirs isolés et non accouplés sont tout simplement noirs en restant constamment inactifs, mais quand les trous noirs s’accouplent avec une étoile de faible masse, alors ce mariage émet des sursauts en rayon X. Si nous pouvions trouver des trous noirs couplés avec des étoiles de faible masse et que nous connaissons la fraction de trous noirs qui s’accouple avec des étoiles de faible masse, alors nous pourrions déduire scientifiquement la population de trous noirs isolés.
Hailey et ses collègues se sont tournés vers les données d’archives de l’Observatoire Chandra X-Ray pour tester leur technique. Ils ont recherché des signatures de rayons X de binaires à trous noirs et à faible masse dans leur état inactif et ils ont pu trouver 12 dans une distance de 3 années-lumières de Sgr A *. Les chercheurs ont ensuite analysé les propriétés et la distribution spatiale des systèmes binaires identifiés et extrapolés à partir de leurs observations qu’il doit y avoir entre 300 et 500 binaires à trous noirs et à faible masse et environ 10 000 trous noirs isolés dans la zone Sgr A *.
Cette découverte confirme une hypothèse majeure et les implications sont nombreuses selon Hailey. Cela va faire avancer de manière significative la recherche sur les ondes gravitationnelles, car le fait de connaître le nombre de trous noirs au centre d’une galaxie typique peut aider à mieux prédire le nombre d’ondes gravitationnelles qui peuvent leur être associées. Et toutes ces informations se trouvent au centre de la galaxie.
