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Une violente explosion met en lumière un trou noir très rare

Impression d'artiste de la découverte à lentilles gravitationnelles. Crédits : Carl Knox, OzGrav

La lumière provenant d’une explosion dans l’univers primitif a illuminé un trou noir de masse intermédiaire. Cette nouvelle découverte pourrait élargir notre compréhension de la formation de ces objets célestes énigmatiques. 

Il existe trois classes de trous noirs dans l’univers. D’un côté, nous avons les objets de masse stellaire. Ces trous noirs, dont la masse ne dépasse pas cent fois celle du Soleil, sont formés par l’effondrement d’étoiles massives. D’un autre côté, nous avons les supermassifs avec des masses équivalentes à des millions, voire des milliards de soleils. Entre ces extrêmes se trouvent des membres plus discrets de la famille des trous noirs : ceux de masse intermédiaire.

Plus petits et moins actifs que les supermassifs, ces trous noirs sont particulièrement difficiles à dénicher. Pour les trouver, le mieux est encore d’attendre qu’une étoile passe un peu trop près pour être perturbée. Le trou noir, de nouveau actif, peut alors émettre des rayons X trahissant sa présence. Plus récemment, des chercheurs se sont appuyés sur une autre technique : celle de la lentille gravitationnelle.

Loupe cosmique

En astrophysique, une lentille gravitationnelle se produit par la présence d’un corps céleste très massif (comme une galaxie ou un amas de galaxies) se situant entre un observateur, l’astronome et une source lumineuse lointaine située en arrière-plan. La présence de l’intermédiaire permet de multiplier et d’amplifier l’image de l’objet situé en arrière-plan sous l’effet de la gravitation.

Dans l’étude qui nous intéresse aujourd’hui, la source lumineuse lointaine située en arrière-plan est une explosion cataclysmique : un sursaut gamma déclenché à environ huit milliards d’années-lumière de la Terre. Les sursauts gamma sont des rejets d’énergie incroyables issus généralement de supernovae extrêmement brillantes (qui résultent de l’implosion d’une étoile en fin de vie) ou de la fusion de deux étoiles.

Quant à l’objet massif situé entre la Terre et cette fameuse source lumineuse, c’est un trou noir, mais pas n’importe lequel. En mesurant la manière dont la force gravitationnelle de cet objet avait déformé la lumière, les chercheurs ont pu estimer sa masse : environ 55 000 masses solaires.

Autrement dit, cet objet est trop lourd pour être considéré comme un trou noir de masse stellaire. D’un autre côté, il est également trop léger pour être qualifié de “supermassif”. Autrement dit, c’est un trou noir de masse intermédiaire. Jusqu’à présent, seule une poignée de ces objets ont été dénichés. Cette nouvelle découverte est donc un petit événement.

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Illustration d’un nouveau trou noir dont la présence a été trahie par un effet de lentille gravitationnelle. Crédits : Carl Knox, OzGrav

Remonter à l’origine

Dans le cadre de ces travaux, les chercheurs ont également pu estimer le nombre de ces trous noirs de masse intermédiaire dans la Voie lactée. D’après leurs calculs, quelques milliers de ces corps célestes pourraient évoluer dans un mégaparsec cubique (un mégaparsec représente un million de parsecs), ce qui nous donne environ 40 000 trous noirs de masse intermédiaire dans notre seule galaxie.

Trouver ces “chaînons manquants” dans l’univers des trous noirs est naturellement important pour tenter de comprendre cette population d’objets très mystérieuse. Cependant, ce n’est pas l’unique intérêt. Les chercheurs pensent en effet que ces trous noirs pourraient être les graines des objets supermassifs retrouvés au centre de toutes les grandes galaxies. Reste à savoir comment se sont formés ces “poids moyens” en premier lieu.

Vous retrouverez les détails de l’étude dans la revue Nature Astronomy.