Les étoiles indiquent un trou noir inhabituel dans notre galaxie.

En parcourant deux décennies et demie d'images provenant des archives du télescope spatial Hubble, les astrophysiciens ont peut-être découvert des preuves de l'existence d'un trou noir à proximité qui pourrait être au moins 8 200 fois plus massif que le Soleil.

Si d’autres études peuvent confirmer les résultats, l’objet sera le deuxième plus grand trou noir découvert dans notre galaxie. Il pourrait également être le concurrent le plus sérieux pour un trou noir intermédiaire – un objet situé dans l’énigmatique « no man’s land » entre les trous noirs « supermassifs » que l’on pense se trouver au centre de la plupart des galaxies et d’autres beaucoup plus petits qui pèsent à peu près autant qu’une seule grande étoile.

Étoiles en mouvement rapide

L'astrophysicien Maximilian Häberle de l'Institut d'astronomie Max Planck de Heidelberg, en Allemagne, et ses collaborateurs ont examiné plus de 500 images de ω Centauri, un amas d'étoiles dense de 10 millions d'étoiles situé à environ 18 000 années-lumière (5,43 kiloparsecs) du système solaire. Les images ont été prises principalement pour calibrer les instruments du télescope Hubble au fil des années.

L’équipe a assemblé les images pour reconstruire le mouvement de plus de 150 000 étoiles dans l’amas. La plupart des étoiles se sont déplacées comme le prédisent les modèles théoriques, explique Häberle. "Mais il y en a aussi qui sont allés plus vite." Sept étoiles, toutes proches du centre de ω Centauri, se déplaçaient trop vite pour être retenues par la seule gravité de l'amas.

Cela suggère que les étoiles ont été accélérées par l’attraction gravitationnelle d’un objet massif, tel qu’un trou noir. D'après la vitesse des étoiles, il devrait peser au moins 8 200 masses solaires, mais pourrait peser jusqu'à 50 000 soleils. «Nous ne savions pas à l'avance si nous le trouverions ou non», explique Häberle. "C'était un peu risqué et nous n'aurions rien pu trouver."

"C'est une expérience difficile" et les preuves de l'existence d'un trou noir sont "encore très loin d'être concluantes", déclare Gerry Gilmore, astrophysicien à l'Université de Cambridge, au Royaume-Uni. En particulier, les données ne montrent pas encore de signes de trajectoires en orbite comme on peut s’y attendre pour un objet massif, comme ce serait le cas pour des étoiles en orbite autour d’un objet massif. Dans le cas de Sagittaire A*, le trou noir de 4,3 millions de masse solaire au centre de la Voie Lactée, Années d'observation trouvé des preuves irréfutables de ces chemins courbes - une pour les deux principaux chercheurs en 2020 Prix ​​Nobel reçu. Le télescope spatial Gaia a également découvert des trous noirs dormants en forme d'étoile résultant du mouvement d'une seule étoile compagnon. ².

La plupart des trous noirs ont été découverts au cours des cinq dernières décennies grâce à des rayonnements tels que les rayons X ou les ondes radio. ³produit par du gaz surchauffé s’engouffrant dans le trou. Le premier indice de l'existence de Sagittarius A* était en fait une source radio froide, bien que peu brillante. Mais aucune émission de ce type n’a été trouvée dans ω Centauri.

Des poids moyens énigmatiques

La masse de l'objet candidat dans ω Centauri le placerait clairement dans la gamme des trous noirs intermédiaires, généralement entre 100 et 100 000 masses solaires. Jusqu’à présent, la seule preuve solide de la présence de trous noirs dans cette zone provient de la détection d’ondes gravitationnelles produites par deux trous noirs en fusion. Un de ces événements observé en 2019, aurait créé un objet d’environ 150 masses solaires.

La recherche de trous noirs de taille moyenne a une longue histoire d’affirmations qui sont ensuite réfutées. Les astrophysiciens soupçonnent depuis longtemps que certaines sources de rayons X « ultralumineux » pourraient être des trous noirs de cette taille. Mais il a maintenant été démontré que la plupart de ces candidats sont des étoiles à neutrons, qui brillent d’un éclat inhabituellement intense en absorbant la matière surchauffée d’une étoile compagnon. "Ceux-ci sont très probablement associés à de jeunes systèmes binaires" normaux "", explique Giuseppina Fabbiano, astrophysicienne au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Massachusetts.

De grandes questions demeurent, notamment comment certains trous noirs deviennent supermassifs et s'ils sont le résultat de multiples fusions, commençant par des trous noirs stellaires et se poursuivant à travers des masses intermédiaires comme celle du candidat dans ω Centauri.

L'équipe prévoit actuellement des études de suivi avec le télescope spatial James Webb, explique Häberle. Alors que les données de Hubble montreront uniquement comment les étoiles se déplacent dans le champ de vision, les spectres des étoiles montreront comment elles se déplacent le long de la ligne de visée, permettant aux astronomes de reconstruire leurs vitesses en 3D.