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Un type de trou noir rare découvert dans la galaxie d’Andromède ?

La galaxie d'Andromède (M31). Crédits : Adam Evans

D’après une équipe d’astrophysiciens, l’amas globulaire le plus massif de la galaxie voisine Andromède pourrait abriter un trou noir de masse intermédiaire. Aucun objet de ce type n’a toutefois encore été détecté avec certitude.

Il existe trois types de trous noirs dans l’Univers. Les premiers, ceux de masse stellaire, sont formés par l’effondrement d’une étoile massive et ont une masse comprise entre dix et cent fois celle du Soleil. Les supermassifs ont quant à eux des masses équivalentes à des millions ou des milliards de soleils. Ces derniers sont le plus souvent postés au centre des galaxies. Et entre ces deux extrêmes se trouvent des membres plus retirés de la famille des trous noirs : ceux de masse intermédiaire, dont la gamme de masse varie de 100 000 à un million de masse solaire.

Nous savons que ces « chaînons manquants » existent en théorie. En revanche, ils sont particulièrement difficiles à trouver. Des suspects ont déjà été retenus, mais aucun d’entre eux n’a encore été vraiment confirmé. Cette nouvelle étude, rapportée dans The Astrophysical Journal, présente un nouveau candidat.

Un intrus au centre d’un amas

Le suspect se trouverait dans l’amas globulaire B023-G078, situé à la périphérie de la galaxie d’Andromède, à environ 2,5 millions d’années-lumière de la Terre. Les chercheurs pensent que l’amas, qui contient la masse de 6,2 millions de soleils, est en réalité qu’un noyau dépouillé. D’après eux, il s’agirait des restes de plusieurs petites galaxies ayant jadis fusionné. Au centre de ce méli-mélo galactique se trouverait alors un trou noir de masse intermédiaire.

Dans le cadre de ces travaux, l’équipe de scientifiques s’est appuyée sur de nouvelles observations de l’observatoire Gemini et du télescope spatial Hubble pour calculer la distribution de masse dans l’amas. En modélisant ensuite les vitesses des étoiles se déplaçant à l’intérieur, les chercheurs ont déterminé que sans trou noir au centre, ces étoiles devraient se déplacer moins rapidement.

« Les vitesses stellaires que nous obtenons nous donnent la preuve directe qu’il y a une sorte de masse noire en plein centre« , résume Renuka Pechetti, astrophysicienne à l’Université John Moores de Liverpool. « Il est très difficile pour les amas globulaires de former de gros trous noirs. Toutefois, si c’est dans un noyau dépouillé, alors il doit déjà y avoir un trou noir présent, laissé comme un vestige de la plus petite galaxie qui est tombée dans la plus grande« .

trou noir andromède
Le noyau présumé photographié par Hubble. Crédits : NASA/ESA, Hubble, R. Pechetti & A. Seth

Une grande incertitude persiste néanmoins. D’après l’équipe, ce qui semble être un trou noir singulier pourrait en réalité n’être qu’une multitude de trous noirs de masse stellaire suffisamment proches les uns des autres pour être perçus comme un seul et même objet.

De futures observations, notamment dans l’infrarouge grâce au James Webb Telescope, pourraient aider les astrophysiciens à déterminer sa véritable nature. Les chercheurs prévoient également d’examiner trois autres amas globulaires au sein de la même galaxie.