Une étude récente menée par des chercheurs du Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics et publiée dans la revue Nature avance la découverte d’un nouveau type de trou noir de taille intermédiaire.
Les trous noirs sont parmi les objets célestes les plus mystérieux de l’Univers. La plupart se répartissent en deux catégories : des « petits » trous noirs stellaires des dizaines de fois plus lourds que notre Soleil et des trous noirs dits « supermassifs » qui peuvent peser l’équivalent de millions, voire des milliards de fois la masse du Soleil. Une équipe de chercheur du Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics annonce dans la revue Nature avoir découvert un type de trou noir intermédiaire ayant 2 200 masses solaires caché au centre l’amas globulaire 47 du Toucan, un amas dense d’étoiles situé à environ 13 000 années-lumière de la Terre.
Les chercheurs avaient déjà prédit la présence dans l’Univers de ces trous noirs intermédiaires pesant entre 100 et 10 000 fois la masse du Soleil et soupçonnaient la présence d’une poignée de candidats potentiels. Ils pensent que ces trous noirs de taille moyenne contiennent de précieux indices quant à la façon dont les trous noirs supermassifs postés au centre de quasi toutes les galaxies se sont formés pour atteindre ces tailles gigantesques qui ne peuvent être expliquées par notre compréhension actuelle de la physique.
« Nous voulons trouver des trous noirs de masse intermédiaire, car ils sont le chaînon manquant entre les trous noirs de masse stellaire et les trous noirs supermassifs », explique Bulent Kiziltan, du Centre Harvard-Smithsonian et principal auteur de cette étude. « Ces trous noirs intermédiaires pourraient être les graines primordiales des monstres que nous voyons au centre des galaxies ».
L’amas 47 Toucan est dense, très dense et les chercheurs estiment qu’il abrite des milliers d’étoiles et environ deux douzaines de pulsars dans une « boule » de seulement 120 années-lumière de diamètre. Les chercheurs ont longtemps soupçonné la présence d’un trou noir en son centre, mais l’absence de gaz au cœur de l’amas a longtemps laissé les astronomes aveugles. Sans matière à « avaler », le trou noir n’émet en effet pas de rayons X. Une autre stratégie consisterait à repérer la présence d’un trou noir trahie par son influence sur les étoiles environnantes — comme cela a été fait pour repérer le trou noir au centre de notre galaxie. Néanmoins, l’amas 47 du Toucan est tellement rempli d’étoiles que là encore, la méthode ne fonctionne pas.
Alors, comment faire ? Pour cette étude, l’équipe a pris deux approches différentes. La première concerne les mouvements 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 de grandes vitesses sur de grandes distances. En utilisant des simulations informatiques des mouvements et des distances stellaires et en les comparant avec les observations en lumière visible, les chercheurs ont alors décelé la présence du trou noir.
La seconde approche se concentre sur les 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 loin du centre de l’amas par rapport aux prédictions, trahissant là encore la présence d’un trou noir. En utilisant des modèles informatiques, ils ont ensuite pu calculer la masse de ce trou noir : environ 2 200 masses solaires. En tenant compte de la marge d’erreur, les chercheurs suggèrent que l’ogre pourrait atteindre les 3 700 masses solaires, mais ne descend pas en dessous des 1 400 masses solaires.
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