Une nouvelle découverte relative à une étoile scélérate vient peut-être de donner aux astronomes un indice sur l’un des plus étranges mystères associés aux trous noirs : où sont les trous noirs de taille moyenne ?
Nous savons qu’il existe des trous noirs de masse stellaire dont la masse peut atteindre 100 fois celle du Soleil, et des trous noirs supermassifs dont la masse est supérieure à 100 000 fois celle du Soleil. Entre ces deux catégories de masse ? Rien d’autre qu’un indice occasionnel et alléchant.
Aujourd’hui, nous disposons d’un nouvel indice, qui concerne un autre de nos objets spatiaux préférés : une étoile fugitive, projetée hors du disque de la Voie lactée sur une trajectoire vers l’espace intergalactique.
L’objet s’appelle PG 1610+062 et, lorsqu’il a été découvert dans le halo galactique en 1986, on pensait qu’il était assez typique des étoiles du halo galactique : vieux, gonflé, environ la moitié de la masse du Soleil et ayant dépassé le stade de la fusion de l’hydrogène. Elle se déplaçait également assez rapidement, presque assez pour échapper à la Voie lactée (mais pas tout à fait).
De nouvelles observations effectuées en 2011 ont révélé que l’étoile n’était pas vieille du tout ; en fait, elle est assez jeune, continue de fusionner de l’hydrogène et est beaucoup plus massive que prévu – 10 fois la masse du Soleil. En d’autres termes, c’est une étoile de la séquence principale de type B. Elle a été reclassée en 2015.
Des simulations réalisées en 1988 ont décrit ce qu’on appelle le mécanisme de Hills, selon lequel une interaction d’échange à trois corps impliquant un trou noir supermassif et une étoile binaire peut propulser une étoile à des vitesses hyper rapides. Le trou noir capture l’une des paires binaires et projette l’autre dans l’espace.
On pensait qu’il s’agissait du seul mécanisme capable de produire des étoiles de séquence principale hypervitaminées. On pensait donc que la trajectoire de PG 1610+062 était le résultat de ce processus, le trou noir étant Sagittarius A*, le trou noir supermassif au cœur de notre galaxie.
Mais les données Gaia ont été publiées, avec les cartes tridimensionnelles de notre galaxie les plus précises jamais produites. Celles-ci ont révélé que PG 1610+062 ne se trouve pas là où les astronomes le pensaient, mais plus loin.
Une équipe internationale d’astronomes dirigée par Andreas Irrgang, de l’université Friedrich-Alexander en Allemagne, a donc décidé d’y regarder de plus près, en utilisant le spectrographe et l’imageur Echellette de l’observatoire W. M. Keck pour tenter d’analyser la composition chimique de l’étoile et imposer des contraintes sur sa vitesse de rotation (sa rotation) et sa vitesse radiale (sa vitesse par rapport à l’observateur – nous).
Leur analyse spectroscopique a révélé que PG 1610+062 est plutôt riche en métaux, ce qui confirme qu’il s’agit bien d’une jeune étoile, puisque les étoiles plus âgées ont une métallicité moindre.
Mais ils ont également découvert, sur la base de la vitesse de l’étoile, qu’elle n’a pas commencé près du centre galactique. Ils ont retracé son lieu de naissance dans le bras spiral Carina-Sagittarius, où, selon eux, elle a été éjectée à une vitesse d’environ 550 kilomètres par seconde.
Et c’est aussi intéressant. Car cela signifie qu’il s’agit d’une étoile à grande vitesse, et non d’une étoile hypervitesse, dont la vitesse est supérieure à 1 000 kilomètres par seconde.
Une étoile hypervéloce s’éloignant du centre galactique à 1 700 kilomètres par seconde a été découverte au début de l’année. Nous savons donc que Sgr A* peut donner un coup de pied plus violent que 550 kilomètres par seconde.
Mais les autres méthodes d’éjection stellaire – les interactions gravitationnelles dans les amas d’étoiles serrés ou la supernova d’une étoile dans une paire binaire – ne sont pas assez puissantes, d’autant plus que PG 1610+062 se déplace contre la rotation de la galaxie.
Et c’est là que l’on revient au mystère du trou noir. La vitesse de l’étoile ouvre la possibilité qu’elle ait été chassée de sa place par l’un de ces insaisissables trous noirs de masse intermédiaire.
“Les rencontres rapprochées avec des étoiles très massives ou des trous noirs de masse intermédiaire offrent, en principe, une explication simple”, écrivent les chercheurs dans leur article.
“Cependant, les taux auxquels ces fortes interactions dynamiques peuvent se produire ne sont pas bien contraints car le nombre réel de perturbateurs massifs et les conditions dans leurs amas hôtes sont incertains.”
Seul un petit nombre de ces étoiles fugitives à grande vitesse de la séquence principale est connu. Cette nouvelle recherche présente des arguments convaincants pour en trouver davantage. Si nous trouvons les étoiles, nous pourrons peut-être trouver les trous noirs manquants. Et si nous ne le faisons pas, nous pourrions trouver autre chose de tout aussi cool.
Ces recherches ont été publiées dans la revue Astronomy & Astrophysics.