Les scientifiques viennent de trouver un trou noir “impossible” dans la Voie lactée

Les astronomes ont trouvé un trou noir de masse stellaire d’environ 70 fois la masse du Soleil – mais selon les modèles actuels d’évolution stellaire, sa taille est impossible, du moins dans la Voie lactée.

La composition chimique des étoiles les plus massives de notre galaxie suggère qu’elles perdent la majeure partie de leur masse à la fin de leur vie par des explosions et des vents stellaires puissants, avant que leur noyau ne s’effondre dans un trou noir.

On s’attend à ce que les grosses étoiles de la gamme de masse qui pourraient produire un trou noir finissent leur vie dans ce qu’on appelle une supernova par production de paires qui oblitère complètement le noyau stellaire. Les astronomes se grattent donc la tête en essayant de comprendre comment le trou noir – nommé LB-1 – a pu devenir si énorme.

“Les trous noirs d’une telle masse ne devraient même pas exister dans notre galaxie, selon la plupart des modèles actuels d’évolution stellaire”, a déclaré l’astronome Jifeng Liu de l’Observatoire astronomique national de la Chine.

“LB-1 est deux fois plus massif que ce que nous pensions possible. Maintenant les théoriciens devront relever le défi d’expliquer sa formation.”

La méthode par laquelle le trou noir a été détecté était vraiment intelligente.

Les trous noirs, à moins qu’ils n’accréditent activement la matière, un processus qui brille sur plusieurs longueurs d’onde dans tout le spectre, sont littéralement invisibles. Ils n’émettent aucun rayonnement que nous pouvons détecter – pas de lumière, pas d’ondes radio, pas de rayons X, rien. Mais cela ne veut pas dire que nous n’avons rien dans notre boîte à outils de détection.

En 1783, le naturaliste anglais John Michell (le premier à proposer l’existence de trous noirs) a suggéré que les trous noirs pouvaient être détectables s’ils étaient orbités par quelque chose qui émet de la lumière – comme une étoile compagnon – qui serait tirée autour du centre de gravité mutuel du système binaire résultant.

C’est l’une des principales façons de rechercher et de confirmer l’existence d’exoplanètes difficiles à voir, car elles exercent une petite influence gravitationnelle sur leurs étoiles. Et cela peut aussi être utilisé pour trouver d’autres choses invisibles – comme les trous noirs.

Liu et ses collègues utilisaient le télescope LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) en Chine pour rechercher ces étoiles vacillantes, et ils ont trouvé une étoile bleu-blanc de la séquence principale.

Mais il a fallu des observations de suivi utilisant le puissant Gran Telescopio Canarias en Espagne et l’Observatoire Keck aux États-Unis pour révéler la nature étonnante de ce que les scientifiques avaient découvert.

Impression d’artiste de LB-1. (YU Jingchuan, Planétarium de Beijing, 2019)

L’étoile, âgée d’environ 35 millions d’années et dont la masse est environ huit fois supérieure à celle du Soleil, gravite autour du trou noir tous les 79 jours sur ce que les chercheurs ont appelé une orbite “étonnamment circulaire”.

Un autre trou noir d’une gamme de masse similaire a été détecté, se situant autour de 62 masses solaires – il a été créé à la suite d’une collision entre deux trous noirs d’une paire binaire – GW150914, la première détection directe d’ondes gravitationnelles jamais faite par des humains. Ce n’est pas dans la Voie lactée, mais elle offre une façon de former un tel trou noir.

Mais le LB-1 nouvellement découvert a toujours son compagnon binaire. Un scénario pourrait être que le LB-1 s’est formé à partir de la collision de deux trous noirs et a ensuite capturé l’étoile plus tard – mais l’orbite circulaire de son compagnon pose un problème ici. Une capture produirait une orbite elliptique très excentrique. Le temps pourrait lisser cette orbite, mais cela prendrait plus de temps que l’âge de l’étoile.

Une possibilité, cependant, pourrait être une supernova de repli, dans laquelle le matériau éjecté de l’étoile mourante tombe immédiatement dedans, ce qui entraîne la formation directe d’un trou noir. Cela est théoriquement possible dans certaines conditions, mais il n’existe actuellement aucune preuve directe à cet égard.

Peut-être que le LB-1, ont noté les chercheurs dans leur article, pourrait être cette preuve directe.

Quelle que soit la façon dont il s’est formé, le LB-1 est soudainement devenu l’un des objets les plus intéressants de la Voie lactée, et une vague d’observations de suivi est susceptible de s’ensuivre.

“Cette découverte nous oblige à réexaminer nos modèles de formation des trous noirs de masse stellaires”, a déclaré David Reitze, directeur du LIGO de l’Université de Floride, qui n’a pas participé à la recherche.

“Ce résultat remarquable ainsi que les détections LIGO-Virgo des collisions binaires de trous noirs au cours des quatre dernières années indiquent vraiment une renaissance dans notre compréhension de l’astrophysique des trous noirs.”

La recherche a été publiée dans Nature.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche