Mystère résolu ? Un trou noir intermédiaire pourrait avoir été découvert pour la première fois dans la Voie lactée !

Un type de trou noir jamais observé par les scientifiques pourrait se trouver à l'intérieur de notre galaxie et répondre à plusieurs questions : voici à quoi ressemble cette surprenante découverte.

Un type de trou noir jamais observé auparavant pourrait avoir été découvert pour la première fois dans un amas globulaire de la Voie lactée.
Un type de trou noir jamais observé auparavant pourrait avoir été découvert pour la première fois dans un amas globulaire de la Voie lactée.

Les trous noirs sont des régions de l'espace-temps où la courbure est si extrême que même la lumière ne peut s'en échapper. La masse d'un trou noir se situe au niveau de la singularité et les trous noirs peuvent être classés en fonction de leur masse. Ils peuvent être divisés en trous noirs stellaires, dont la masse est comprise entre quelques fois et quelques dizaines de fois la masse du soleil, et en trous noirs supermassifs, dont la masse est comprise entre des millions et des milliards de fois la masse du soleil.

Un troisième type de trou noir est appelé trou noir intermédiaire et représente la fenêtre entre des centaines et des milliers de masses solaires. Cependant, ce type de trou noir n'a pas encore été observé correctement en astronomie et seules quelques preuves non confirmées ont été trouvées. Plusieurs groupes d'astronomes utilisent des méthodes indirectes pour tenter de trouver ces trous noirs, comme l'observation des effets gravitationnels sur les étoiles ou les gaz proches.

Un nouvel article publié dans la revue Nature annonce la possible détection d'un trou noir intermédiaire dans la Voie lactée. Ce trou noir intermédiaire se trouverait dans un amas globulaire appelé ωCentauri. Sa taille est estimée à environ 8 200 masses solaires, d'après une analyse des mesures de vitesse et de trajectoire des étoiles de l'amas.

Trous noirs

Les trous noirs sont généralement divisés en deux catégories en fonction de leur masse : les trous noirs stellaires et les trous noirs supermassifs. Les trous noirs stellaires se forment lorsque des étoiles massives s'effondrent sous l'effet de leur propre gravité. En général, les trous noirs stellaires ont une masse comprise entre quelques fois et quelques dizaines de fois la masse du Soleil. Les trous noirs supermassifs constituent l'autre type de trous noirs.

L'origine d'un trou noir supermassif reste incertaine et des projets tels que le télescope spatial James Webb visent à répondre à cette question.

Les trous noirs supermassifs, dont la masse est comprise entre des millions et des milliards de masses solaires, se trouvent au centre de toutes les galaxies. La Voie lactée elle-même possède en son centre un trou noir supermassif appelé Sgr A* ou Sagittarius A*. Ce trou noir a une masse d'environ 4 millions de masses solaires et se trouve à environ 26 000 années-lumière du système solaire.

Le mystère des trous noirs intermédiaires

Les trous noirs intermédiaires, dont la masse varie entre des centaines et des milliers de fois la masse du Soleil, comblent l'écart de masse entre les trous noirs stellaires et les trous noirs supermassifs. Bien que leur existence soit naturellement attendue, aucun trou noir intermédiaire n'a jamais été détecté. L'absence d'observations a donné lieu à l'un des plus grands mystères de l'astronomie : où se trouvent les trous noirs intermédiaires ?

Depuis le début du siècle, plusieurs groupes ont publié des résultats contenant des preuves possibles de l'existence de ces objets. Toutefois, à ce jour, aucune de ces preuves n'a été entièrement confirmée et d'autres observations sont encore nécessaires. L'espoir de trouver un trou noir intermédiaire réside principalement dans les galaxies naines et les amas globulaires.

ωCentauri

L'un des amas globulaires qui a attiré l'attention des astronomes est l'amas ωCentauri. Cet amas est extrêmement dense et est considéré comme l'amas le plus massif de la Voie lactée observé à ce jour. La composition chimique et les mouvements des étoiles présentes dans ωCentauri suggèrent que ωCentauri était autrefois une galaxie naine absorbée par la Voie lactée.

L'amas ωCentauri est considéré comme l'amas le plus massif de la Voie lactée et pourrait avoir été une galaxie naine qui a été engloutie par l'interaction avec notre galaxie. Crédit : ESO
L'amas ωCentauri est considéré comme l'amas le plus massif de la Voie lactée et pourrait avoir été une galaxie naine qui a été engloutie par l'interaction avec notre galaxie. Crédit : ESO

Comme les galaxies naines sont censées avoir des trous noirs intermédiaires, ωCentauri est un candidat pour l'observation d'un trou noir intermédiaire. Le débat sur la présence ou non d'un trou noir intermédiaire dans ωCentauri est ancien, mais un groupe d'astronomes a récemment analysé les données du télescope Hubble pour tenter de répondre à cette question. Si cette hypothèse est confirmée, ce sera la première fois que de tels objets seront détectés.

Un trou noir intermédiaire dans la Voie lactée !

Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé 20 ans de données du télescope Hubble pour étudier le mouvement et la trajectoire des étoiles de l'amas ωCentauri. Grâce à ces données, les chercheurs ont trouvé des étoiles ayant une vitesse supérieure à 90 km/s au centre de l'amas. Cette vitesse étant supérieure à la vitesse d'évasion, elles devraient déjà s'être échappées de l'amas.

Comme les étoiles semblent piégées au centre, cela suggère la présence d'un objet massif et invisible dans la région centrale. La présence de ces étoiles dans le noyau de ωCentauri indique l'existence d'un trou noir intermédiaire d'une masse d'environ 8200 masses solaires. Les simulations des distributions stellaires de l'amas sont cohérentes avec les analyses indiquant l'existence d'un trou noir intermédiaire.

Référence de l'article :

Häberle et al 2024 Fast-moving stars around an intermediate-mass black hole in ω Centauri Nature