Un trou noir mangeur de comètes de la taille d’une planète ? C’est possible. Et s’il en existe un dans le lointain système solaire, deux chercheurs pensent savoir comment le trouver.
S’ils y parviennent, nous pourrions enfin mettre un terme à la question de la planète 9.
Les chercheurs sont Avi Loeb, professeur de sciences à Harvard, et Amir Siraj, étudiant de premier cycle à Harvard. Leur article intitulé “Searching for Black Holes in the Outer Solar System with LSST” a été accepté par The Astrophysical Journal Letters.
Au-delà de l’orbite de Neptune, un groupe d’objets de la ceinture de Kuiper (KBO) est rassemblé par gravitation par un corps ayant une masse suffisante pour le faire. L’une des explications de ce phénomène est l’hypothèse de la planète Neuf. Mais trouver cette planète est une tâche quasi-impossible et son existence reste hypothétique.
Certains chercheurs ont avancé d’autres explications pour l’amas d’objets de la ceinture de Kuiper avec leurs orbites inhabituelles. Un disque de matière glacée était l’une des explications. Une autre étude a suggéré que la masse collective des KBOs eux-mêmes était responsable.
Mais une autre explication potentielle est en train d’émerger.
Dans leur nouvel article, les deux chercheurs suggèrent qu’un trou noir primordial pourrait se cacher dans la région.
Nous avons l’habitude d’entendre parler de trous noirs stellaires (BH). Ils sont le résultat final d’une étoile massive qui atteint la fin de sa vie et s’effondre gravitationnellement. Nous avons également l’habitude d’entendre parler des trous noirs supermassifs (SMBH) qui vivent au centre de galaxies comme la nôtre.
Ces mastodontes peuvent être des milliards de fois plus massifs que le Soleil, d’une masse presque inconcevable.
Mais les trous noirs primordiaux sont beaucoup plus petits. Ils se sont, par hypothèse, formés après le Big Bang, en raison de fluctuations de densité. Ils se sont formés sans étoile progénitrice d’aucune sorte.
Loeb et Siraj ne sont pas les premiers à proposer un trou noir primordial comme cause des orbites inhabituelles des KBO. Mais ils pensent savoir comment en trouver un s’il existe.
Il suffit de regarder jusqu’à ce qu’il se nourrisse de quelque chose, comme une comète.
“À proximité d’un trou noir, les petits corps qui s’en approchent fondent sous l’effet du réchauffement dû à l’accrétion de gaz du milieu interstellaire sur le trou noir”, explique Siraj dans un communiqué de presse.
“Une fois qu’ils ont fondu, les petits corps sont soumis à une perturbation tidale par le trou noir, suivie d’une accrétion du corps perturbé tidalement sur le trou noir.”
Loeb a ajouté : “Les trous noirs étant intrinsèquement sombres, le rayonnement que la matière émet sur son chemin vers la bouche du trou noir est notre seul moyen d’éclairer cet environnement sombre.”
“Nous constatons que si la planète Neuf est un [trou noir], son existence peut être découverte par [Legacy Survey of Space and Time] (LSST) en raison de brèves éruptions d’accrétion alimentées par de petits corps du nuage de Oort, qui seraient détectées à un rythme d’au moins quelques-unes par an”, écrivent les auteurs dans leur article.
Mais comment les surveiller si l’on ne sait pas où elles se trouvent ?
C’est le travail de l’Observatoire Vera C. Rubin et de son LSST.
Le LSST est une mission de 10 ans visant à cartographier le ciel austral de manière répétée. Il scrutera l’ensemble du ciel austral toutes les trois nuits, avec sa lentille à grand champ. Ses observations permettront de répondre à un grand nombre de questions astronomiques, astrophysiques et cosmologiques.
Mais il sera également capable de repérer les phénomènes transitoires, tels que les supernovae, les objets potentiellement dangereux, et même le rayonnement des trous noirs lorsqu’ils consomment des comètes ou d’autres matières.
“LSST a un large champ de vision, couvrant l’ensemble du ciel encore et encore, et recherchant les éruptions transitoires”, a déclaré Loeb. “Les autres télescopes sont bons pour pointer vers une cible connue, mais nous ne savons pas exactement où chercher la planète Neuf. Nous connaissons seulement la grande région dans laquelle elle pourrait résider.”
Siraj a ajouté : “La capacité de LSST à sonder le ciel deux fois par semaine est extrêmement précieuse. En outre, sa profondeur sans précédent permettra de détecter les éruptions résultant d’impacteurs relativement petits, qui sont plus fréquents que les grands.”
Le Vera C. Rubin aura la capacité de détecter ces éruptions automatiquement, alors que d’autres télescopes doivent être commandés. “Cette méthode permet de détecter ou d’exclure les trous noirs de la taille d’une planète piégée jusqu’au bord du nuage de Oort, soit environ cent mille unités astronomiques”, a déclaré Siraj.
Les scientifiques se sont demandés si les trous noirs primordiaux étaient des candidats à la matière noire. Les observations du LSST ont le potentiel de confirmer l’existence des trous noirs primordiaux ou de les exclure, ce qui a des conséquences sur la question de la matière noire et des trous noirs.
“Il pourrait être capable de placer de nouvelles limites sur la fraction de matière noire contenue dans les trous noirs primordiaux”
S’il existe un trou noir, il est massif, mais minuscule. La seule façon de le détecter est par des éruptions.
“Il y a eu beaucoup de spéculations concernant des explications alternatives pour les orbites anormales observées dans le système solaire externe”, a déclaré Siraj. “L’une des idées avancées était la possibilité que la planète Neuf soit un trou noir de la taille d’un pamplemousse et d’une masse de cinq à dix fois celle de la Terre.”
Nous ne savons pas à quelle fréquence ce minuscule trou noir provoquerait des éruptions, mais la beauté du LSST est qu’il n’a pas besoin de se concentrer sur cette zone pour voir les éruptions. Il observe l’ensemble de l’hémisphère sud et remarquera tout ce qui se passe.
Les observations multiples d’éruptions donneront aux scientifiques une idée de son taux d’éruption. Mieux encore, ils seront en mesure de suivre son orbite.
“Si de multiples éruptions sont observées au cours d’une année”, écrivent les auteurs, “le mouvement propre de la source peut être utilisé pour identifier les paramètres orbitaux du BH.”
S’il s’avère qu’il existe un trou noir primordial là-bas, dans notre propre système solaire, ce sera un choc pour notre compréhension des choses. Et cela conduira immédiatement à un tas de questions. Et avec un peu de chance, une mission pour aller étudier la région.
“La périphérie du système solaire est notre arrière-cour. Trouver la planète Neuf, c’est comme découvrir un cousin qui vit dans la remise derrière votre maison et dont vous n’aviez jamais entendu parler”, a déclaré Loeb.
“Cela soulève immédiatement des questions : pourquoi est-elle là ? Comment a-t-elle obtenu ses propriétés ? A-t-elle façonné l’histoire du système solaire ? Y en a-t-il d’autres comme elle ?”