Selon une nouvelle étude, les astronomes ont détecté des mouvements inhabituels de nuages de gaz près du centre de notre galaxie, et ils pourraient indiquer la voie vers l’espèce la plus insaisissable de trou noir. Pendant longtemps, nous n’étions même pas sûrs que ces types de trous noirs existaient.
Les chercheurs qui suivent les gaz au milieu de la Voie lactée ont conclu que les nuages sont en orbite autour d’un objet dont la masse est 10 000 fois supérieure à celle du Soleil – et pourtant, lorsqu’ils regardent là où cet objet devrait se trouver, il n’y a rien.
L’explication la plus évidente est un trou noir quiescent, c’est-à-dire qui ne se nourrit pas activement et n’émet donc aucun rayonnement détectable.
Selon les chercheurs, il s’agit du cinquième candidat de ce type dans le centre galactique, ce qui prouve que non seulement les trous noirs de masse intermédiaire existent, mais qu’ils sont nombreux au cœur de la Voie lactée.
Les trous noirs de masse intermédiaire sont exactement ce à quoi ils ressemblent. Nous savons que les trous noirs de masse stellaire, dont la masse peut atteindre 100 fois celle du Soleil, existent. Le plus grand trou noir que nous ayons détecté dans cette gamme de masse a une masse de 62 masses solaires et a été créé par la fusion de deux trous noirs dans l’étoile GW150914.
Nous savons également qu’il existe des trous noirs supermassifs, comme ceux qui alimentent les galaxies. Ils commencent à environ 100 000 masses solaires, mais ils peuvent atteindre une masse presque incompréhensible, par des moyens qui restent à découvrir.
La classe intermédiaire – entre 1 000 et 100 000 masses solaires – est appelée trous noirs de masse intermédiaire. Ils sont restés extraordinairement insaisissables. Cela soulève des questions telles que “existent-ils ?”, “s’ils n’existent pas, pourquoi ?” et “s’ils existent, pourquoi ne pouvons-nous pas les trouver ?”
Comme les trous noirs n’émettent pas de rayonnement détectable, les scientifiques doivent faire preuve de créativité dans leur recherche. Au lieu de chercher les trous noirs, ils recherchent les effets qu’ils pourraient avoir sur d’autres objets dans l’espace proche.
L’astrophysicien Shunya Takekawa, de l’Observatoire national d’astronomie du Japon, et ses collègues ont étudié le mouvement des nuages de gaz à grande vitesse au centre de la Voie lactée pour aider à répondre à ces questions.
Leur article a été accepté par The Astrophysical Journal et est disponible sur le serveur de préimpression arXiv.
Auparavant, ils avaient utilisé la méthode de suivi du gaz pour identifier un trou noir de masse intermédiaire d’environ 32 000 masses solaires, qui produirait un horizon des événements – la région sphérique de l’espace autour d’un trou noir au-delà de laquelle la lumière ne peut s’échapper – à peu près de la taille de Jupiter.
Ils l’ont maintenant appliquée à un nuage de gaz à grande vitesse appelé HCN-0.085-0.094. L’un de ces amas semble tourbillonner autour d’un trou noir, mais sans être accrété par celui-ci.
“L’un des trois amas présente une structure en anneau avec un gradient de vitesse très abrupt”, écrivent les chercheurs dans leur article.
“Cette structure cinématique suggère une orbite autour d’un objet ponctuel d’une masse de ∼104 masses solaires. L’absence de contreparties stellaires indique que l’objet ponctuel pourrait être un trou noir quiescent. “
Pour une comparaison pratique, à cette gamme de masse, l’horizon des événements du trou noir serait un peu plus grand qu’Uranus ou Neptune.
Les amas de gaz et de poussière au comportement étrange ne sont pas le seul moyen de trouver des trous noirs de masse intermédiaire.
Parmi les autres observations candidates, on peut citer une étoile qui se déplace à une vitesse incroyable depuis le centre de la Voie lactée, sur une trajectoire vers l’espace intergalactique. L’analyse a montré qu’un trou noir de masse intermédiaire est la chose la plus probable pour avoir donné à cette étoile le coup de pouce dont elle avait besoin pour atteindre une telle vitesse.
Il y a également eu une énorme éruption de radiations à longueurs d’onde multiples qui a débuté en 2003 et qui s’est progressivement éteinte au cours d’une décennie. La distribution des photons suggérait qu’il s’agissait d’un trou noir de masse intermédiaire, de quelques dizaines de milliers de masses solaires.
Une analyse des observations de suivi récemment publiée confirme cette hypothèse, ce qui en fait l’un des meilleurs candidats à ce jour, mais il se trouve à 740 millions d’années-lumière. Le centre galactique est beaucoup plus proche, ce qui signifie que si nous y trouvons des trous noirs de masse intermédiaire, ils seront peut-être plus faciles à étudier.
Cela pourrait nous aider à répondre à des questions telles que : comment se forment-ils ? Et comment se forment les trous noirs supermassifs ? Un recensement pourrait nous aider à comprendre dans quelle mesure les trous noirs de masse intermédiaire sont communs ou rares, et comment ils sont répartis dans les galaxies.
Jusqu’à présent, les résultats de la recherche indiquent que l’observation du gaz tourbillonnant au cœur de la Voie lactée est une méthode fiable pour rechercher des candidats aux trous noirs de masse intermédiaire, mais nous devons encore confirmer l’un d’entre eux avec certitude. Surveillez cet espace.
La recherche a été acceptée par The Astrophysical Journal, et est disponible sur arXiv.