Des astronomes découvrent un trou noir rare « pas comme les autres »

Un rare trou noir « chaînon manquant » a été découvert dans le grand voisin galactique le plus proche de la Voie lactée, révèle une nouvelle étude.

Les astronomes disent que le trou noir a une « masse intermédiaire » et qu’il s’agit du rare troisième type de trou noir qui n’a été découvert que récemment.

Décrit comme « pas comme les autres », le trou noir a été trouvé dans un amas d’étoiles appelé B023-G078 dans la galaxie d’Andromède.

Autrement connue sous le nom de Messier 31 ou M31, Andromède est la grande galaxie spirale la plus proche de notre galaxie, la Voie lactée.

Ce trou noir nouvellement découvert a une masse 100 000 fois supérieure à celle de notre Soleil, ce qui le rend plus petit que les trous noirs trouvés au centre des galaxies (trous noirs supermassifs), mais plus gros que les trous noirs nés lorsque les étoiles explosent (trous noirs stellaires).

Une théorie est que les trous noirs de masse intermédiaire pourraient être les graines à partir desquelles se développent les trous noirs supermassifs.

Le trou noir a été découvert caché dans B023-G078, un énorme amas d’étoiles à Andromède avec une masse solaire de 6,2 millions. Le panneau de gauche montre une image grand champ de M31 avec la boîte rouge et l’encart montrant l’emplacement et l’image de B023-G78 où le trou noir a été trouvé

Andromède est la galaxie majeure la plus proche de notre propre galaxie, la Voie lactée.  La lumière diffuse d'Andromède est causée par les centaines de milliards d'étoiles qui la composent.  Les plusieurs étoiles distinctes qui entourent l'image d'Andromède sont en fait des étoiles de notre Galaxie qui sont bien en face de l'objet d'arrière-plan

Andromède est la galaxie majeure la plus proche de notre propre galaxie, la Voie lactée. La lumière diffuse d’Andromède est causée par les centaines de milliards d’étoiles qui la composent. Les plusieurs étoiles distinctes qui entourent l’image d’Andromède sont en fait des étoiles de notre Galaxie qui sont bien en face de l’objet d’arrière-plan

La nouvelle étude, publiée dans Le Journal Astrophysiqueétait basé sur les données du spectrographe à champ intégral proche infrarouge (NIFS) du télescope Gemini North à Hawaï.

Les astronomes mesurent la masse d’un trou noir en suivant le mouvement du gaz et de la poussière tourbillonnant autour de lui.

Cela peut être fait à de nombreuses longueurs d’onde, par exemple en mesurant les positions des étoiles qui orbitent près d’un trou noir à des longueurs d’onde optiques.

L’auteur de l’étude Anil Seth, professeur agrégé d’astronomie à l’Université de l’Utah, a déclaré que la découverte comble un vide entre les très grands et les très petits trous noirs connus.

«Nous avons de très bonnes détections des plus grands trous noirs de masse stellaire jusqu’à 100 fois la taille de notre soleil et des trous noirs supermassifs au centre de galaxies qui font des millions de fois la taille de notre soleil», a-t-il déclaré.

«Mais il n’y a aucune mesure de noir entre ceux-ci – c’est un grand écart. Cette découverte comble le vide.

L'étude était basée sur les données du spectrographe à champ intégral proche infrarouge (NIFS, photo) du télescope Gemini North à Hawaï.

L’étude était basée sur les données du spectrographe à champ intégral proche infrarouge (NIFS, photo) du télescope Gemini North à Hawaï.

Sur le côté droit de cette image montre l'Observatoire Gemini au sommet du volcan Mauna Kea.  En arrière-plan, le télescope Canada France Hawaï

Sur le côté droit de cette image montre l’Observatoire Gemini au sommet du volcan Mauna Kea. En arrière-plan, le télescope Canada France Hawaï

GRAPPES D’ÉTOILES

Comme leur nom l’indique, les amas d’étoiles sont des groupes de centaines à des millions d’étoiles qui partagent une origine commune, toutes gravitationnellement liées pendant plusieurs milliards d’années.

Il existe deux types d’amas d’étoiles – ouverts et globulaires. Les amas globulaires sont des boules denses d’environ un million d’étoiles anciennes, toutes liées par la gravité. Les amas ouverts sont beaucoup plus jeunes et plus petits que les amas globulaires.

Pour les experts de la Penn State University, les amas ouverts ont généralement quelques dizaines de millions ou centaines de millions d’années, tandis que les amas globulaires ont généralement entre 12 et 13 milliards d’années.

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Le trou noir a été découvert caché dans B023-G078, un énorme amas d’étoiles à Andromède avec une masse solaire de 6,2 millions.

Longtemps considéré comme un amas d’étoiles globulaires, les chercheurs affirment que B023-G078 est plutôt un noyau dépouillé – un vestige d’une petite galaxie qui est tombée dans une plus grande et dont les étoiles extérieures ont été dépouillées par les forces gravitationnelles.

Ce qui reste est un minuscule noyau dense en orbite autour de la plus grande galaxie et au centre de ce noyau, un trou noir.

« Auparavant, nous avions trouvé de gros trous noirs dans des noyaux massifs et dépouillés beaucoup plus gros que B023-G078 », a déclaré l’auteur principal Renuka Pechetti de l’université John Moores de Liverpool.

«Nous savions qu’il devait y avoir des trous noirs plus petits dans les noyaux dépouillés de masse inférieure, mais il n’y a jamais eu de preuves directes.

« Je pense que c’est un cas assez clair que nous avons finalement trouvé l’un de ces objets. »

Un amas globulaire a un profil lumineux caractéristique qui a la même forme près du centre que dans les régions extérieures.

Mais B023-G078 est différent – la lumière au centre est ronde puis devient plus plate en se déplaçant vers l’extérieur.

La composition chimique des étoiles change également, avec plus d’éléments lourds dans les étoiles au centre que ceux près du bord de l’objet.

«Les amas d’étoiles globulaires se forment essentiellement en même temps», a déclaré le professeur Seth.

«En revanche, ces noyaux dépouillés peuvent avoir des épisodes de formation répétés, où le gaz tombe au centre de la galaxie et forme des étoiles.

«Et d’autres amas d’étoiles peuvent être entraînés vers le centre par les forces gravitationnelles de la galaxie.

« C’est une sorte de dépotoir pour un tas de trucs différents. Ainsi, les étoiles dans les noyaux dépouillés seront plus compliquées que dans les amas globulaires. Et c’est ce que nous avons vu dans B023-G078.’

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Les chercheurs espèrent observer davantage de noyaux dépouillés susceptibles de contenir davantage de trous noirs de masse intermédiaire.

En septembre 2020, des chercheurs australiens travaillant dans le cadre d’une collaboration internationale étudiant les ondes gravitationnelles ont rapporté la première observation directe d’un trou noir de masse intermédiaire.

Environ 150 fois plus lourd que notre Soleil, il est né de la fusion de deux trous noirs plus petits (mais toujours très grands) distants de 17 milliards d’années-lumière.

LES TROUS NOIRS ONT UNE TRACTION GRAVITATIONNELLE SI FORTE QUE MÊME LA LUMIÈRE NE PEUT PAS S’ÉCHAPPER

Les trous noirs sont si denses et leur attraction gravitationnelle est si forte qu’aucune forme de rayonnement ne peut leur échapper – pas même la lumière.

Ils agissent comme d’intenses sources de gravité qui aspirent la poussière et le gaz autour d’eux. On pense que leur attraction gravitationnelle intense est ce autour de quoi les étoiles des galaxies orbitent.

Leur formation est encore mal connue. Les astronomes pensent qu’ils peuvent se former lorsqu’un grand nuage de gaz jusqu’à 100 000 fois plus gros que le soleil s’effondre dans un trou noir.

Beaucoup de ces graines de trous noirs fusionnent ensuite pour former des trous noirs supermassifs beaucoup plus grands, qui se trouvent au centre de toutes les galaxies massives connues.

Alternativement, une graine de trou noir supermassif pourrait provenir d’une étoile géante, d’environ 100 fois la masse du soleil, qui se transforme finalement en un trou noir après avoir manqué de carburant et s’effondrer.

Lorsque ces étoiles géantes meurent, elles se transforment également en « supernova », une énorme explosion qui expulse la matière des couches externes de l’étoile dans l’espace lointain.

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