Un type rare de trou noir découvert autour de notre galaxie ?

trou noir intermédiaire Messier 4
L'amas d'étoiles globulaire Messier 4. En son centre se trouve le trou noir de taille intermédiaire. Crédits : ESA/Hubble et NASA

Hubble vient peut-être d’isoler un trou noir rare de masse intermédiaire qui est considéré comme le « chaînon manquant » de cette famille d’objets massifs. L’objet serait niché au cÅ“ur de l’amas d’étoiles voisin Messier 4. Les détails de l’étude sont publiés dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Trois types de trous noirs

On distingue généralement trois types de trous noirs en fonction de leur masse : les supermassifs, les intermédiaires et les trous noirs de masse stellaire.

Les premiers sont généralement aussi massifs que des millions, voire des milliards de soleils. Ces objets sont soupçonnés de se former à partir de processus de fusion et d’accrétion de matière au fil du temps. Ceux de masse stellaire sont formés par l’effondrement gravitationnel du coeur d’une étoile massive en fin de vie. Ils ont une masse pouvant dépasser plusieurs dizaines de fois celle du Soleil. Ces objets peuvent exister isolément ou faire partie d’un système binaire.

Entre les deux figurent les intermédiaires. Cependant, alors que nous avons déjà observé, parfois même directement, des trous noirs supermassifs et de masse stellaire, les intermédiaires (qui théoriquement font 100 à 100 000 fois la masse du soleil) semblent se faire beaucoup plus discrets. D’ailleurs, leur existence n’a jamais été certifiée, d’où l’intérêt de cette nouvelle étude.

L’un des amas les plus célèbres

Pour rechercher des signes d’un tel trou noir, des astronomes ont pointé Hubble vers l’amas d’étoiles globulaire Messier 4.

Pour rappel, les amas globulaires sont des amas de dizaines de milliers à des millions d’étoiles serrées dont beaucoup comptent parmi les plus anciennes à s’être formées dans notre univers. Parce qu’ils ont une forte concentration de masse en leur centre, ces formations sont susceptibles d’abriter des trous noirs de masse intermédiaire. Du moins, c’est ce que l’on pense.

Messier 4 (M4) est l’un des plus proches de la Terre (environ 7 200 années-lumière). Découvert par Charles Messier en 1764, sa masse totale est estimée à environ 160 000 fois celle du Soleil. M4 est également considéré comme l’un des amas les plus anciens connus, avec un âge estimé à environ 12 à 13 milliards d’années.

trou noir intermédiaire Messier 4
Messier 4 photographié par Hubble. Crédits : ESA/Hubble & NASA

Un possible candidat

Ici, les chercheurs ont examiné douze années de données pour localiser les étoiles de l’amas et étudier leurs mouvements autour de son centre. En appliquant des modèles physiques en fonction de la manière dont ces étoiles se déplaçaient, ils ont découvert que ces étoiles bougeaient autour de quelque chose de massif qui n’était pas directement détectable.

Cette région paraissait également plus compacte qu’attendu si sa gravité intense avait été produite par d’autres corps d’étoiles denses, comme les étoiles à neutrons et les naines blanches. D’après l’équipe, il faudrait l’équivalent de quarante trous noirs de masse stellaire (ou environ 800 soleils) entassés dans un espace d’un dixième d’une année-lumière de diamètre pour que les étoiles tournent si intensément autour d’elles.

Si ces données sont correctes, alors il pourrait effectivement s’agir d’un trou noir de masse intermédiaire. Pour confirmer qu’il ne s’agit pas d’un mécanisme stellaire inconnu, du moins selon la physique actuelle, les chercheurs proposent de faire des observations de suivi avec le James Webb Telescope.