Des astronomes ont repéré ce qu’ils pensent être un phénomène cosmique super rare : un type de trou noir de taille moyenne, qui s’est avéré si insaisissable que les chercheurs pensaient qu’il pouvait ne pas exister du tout.
Il existe plusieurs catégories de taille de trou noir dans l’Univers. Il y a les trous noirs de masse stellaire. Ce sont ceux dont les collisions sont à l’origine des détections d’ondes gravitationnelles des trous noirs réalisées à ce jour. Ils ont généralement une masse inférieure à 100 fois celle du Soleil, ou masses solaires.
Ensuite, il y a les trous noirs supermassifs. Ce sont ceux qui se cachent au cœur des galaxies, autour desquels gravite tout ce qui se trouve dans la galaxie. Leur limite inférieure est de l’ordre de 100 000 masses solaires, mais ils peuvent généralement atteindre des millions ou des milliards de masses solaires. Sagittarius A*, le trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée, a une masse d’environ 4 millions de masses solaires.
Quelque part au milieu – entre 1 000 et 100 000 masses solaires – devrait se trouver un autre type de trou noir, selon les hypothèses des astronomes. Pourtant, le trou noir de masse intermédiaire s’est révélé évasif, les détections possibles n’étant pas concluantes.
Cela a conduit certains astronomes à supposer que ces “trous noirs”, considérés comme les précurseurs de leurs frères supermassifs, n’existent tout simplement pas
Mais aujourd’hui, une équipe d’astronomes, dirigée par Dacheng Lin de l’université du New Hampshire, a découvert ce qu’elle appelle la meilleure preuve à ce jour de l’existence de trous noirs intermédiaires.
Dans les données des télescopes en orbite de l’Observatoire Chandra X de la NASA, du satellite Swift de la NASA et du XMM-Newton de l’ESA, ils ont découvert une énorme éruption de rayonnement à plusieurs longueurs d’onde provenant de la périphérie d’une galaxie située à 740 millions d’années-lumière.
L’événement, baptisé 3XMM J215022.4-055108 (ou J2150-0551 en abrégé), a débuté en octobre 2003 et s’est estompé au cours de la décennie suivante, comme d’autres éruptions de rayonnement observées lorsqu’un trou noir se déchire et dévore une étoile.
(ESA/XMM-Newton ; D. Lin et al)
La distribution des photons dépend de la masse du trou noir – c’est ainsi que l’équipe de recherche a pu déterminer sa taille.
“C’est incroyablement excitant : ce type de trou noir n’a jamais été repéré aussi clairement auparavant”, a déclaré D. Lin.
“Quelques candidats ont été trouvés, mais dans l’ensemble, ils sont extrêmement rares et très recherchés. C’est le meilleur candidat de trou noir de masse intermédiaire observé jusqu’à présent.”
Mais s’ils existent, pourquoi ne sont-ils vus que si rarement ? Un modèle de formation des trous noirs intermédiaires a une explication plausible.
Selon un article publié en 2004, la gravité d’un amas stellaire dense pourrait faire tomber les étoiles qui s’y trouvent vers le centre de l’amas, formant une étoile aussi massive que des milliers de soleils. Celle-ci s’effondrerait alors sous son propre poids, formant un trou noir intermédiaire.
Mais les trous noirs ne sont détectables que lorsque de la matière, telle qu’une étoile ou un nuage de gaz, y tombe activement. Au moment où l’un de ces amas a créé un trou noir, il a évacué la zone située dans son champ gravitationnel, ce qui signifie qu’il n’y a plus de matière à proximité qu’il puisse dévorer – et donc qu’il n’émet aucun rayonnement.
Par ailleurs, J2150-0551 a été découvert au centre d’un amas d’étoiles.
“L’une des rares méthodes que nous pouvons utiliser pour tenter de trouver un trou noir de masse intermédiaire consiste à attendre qu’une étoile passe à proximité de celui-ci et soit perturbée – ce qui a pour effet de “réactiver” l’appétit du trou noir et de l’inciter à émettre une éruption que nous pouvons observer”, explique Lin.
“Ce type d’événement n’a été clairement observé auparavant qu’au centre d’une galaxie, et non sur les bords extérieurs”
La découverte suggère qu’il existe peut-être beaucoup plus de trous noirs intermédiaires, tapis à la périphérie des galaxies – ils sont simplement en sommeil, sans qu’aucune étoile ne passe pour les grignoter, donc nous ne savons pas qu’ils sont là.
J2150-0551 donne également aux chercheurs un endroit où chercher d’autres de ces bêtes insaisissables : les amas d’étoiles.
“Nos modèles s’apparentent actuellement à un scénario dans lequel une civilisation extraterrestre observe la Terre et voit des grands-parents déposer leurs petits-enfants à l’école maternelle : ils pourraient supposer qu’il y a quelque chose d’intermédiaire qui correspond à leur modèle de la durée de vie humaine, mais sans observer ce lien, il n’y a aucun moyen d’en être sûr”, a déclaré Norbert Schartel de l’ESA.
“Ce résultat est extrêmement important et montre que la méthode de découverte employée ici est une bonne méthode à utiliser.”
L’article a été publié dans la revue Nature Astronomy, et peut être lu dans son intégralité sur arXiv.