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Espace : un trou noir d'un nouveau type découvert en dehors de notre galaxie

Une équipe de scientifiques a mis au jour un premier trou noir de masse stellaire en sommeil autour d'une étoile dans le grand nuage de Magellan. Prédits par la théorie, ces objets sont difficiles à détecter car ils interagissent peu avec leur environnement.

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Benjamin Hue

Comme une aiguille dans une botte de foin. Au terme de six années d'observation à l'Observatoire européen austral (ESO), une équipe d'experts internationaux a mis au jour un premier trou noir de masse stellaire à l'état dormant, en orbite autour d'une étoile dans le nuage de Magellan, une galaxie naine à proximité de la Voie Lactée. Ce trou noir d'un nouveau type, très difficile à observer, vient confirmer une prédiction de longue date par la théorie. 

Les trous noirs sont par définition difficiles à détecter car ils n'émettent aucune lumière. Ces étoiles massives en fin de course, qui s'effondrent sur elles-mêmes sous le poids de leur propre gravité, ont une densité et une force de gravité si importantes que la lumière ne peut s'en échapper. Ils sont seulement trahis par les grandes quantités de radiation qui sont émises lorsqu'ils avalent la matière qui les entoure. 

Certains sont plus discrets que d'autres : les trous noirs dormants. Lorsqu'ils sommeillent, ils interagissent peu avec leur environnement et n'émettent quasiment pas d'ondes électromagnétiques, passant ainsi sous les radars des instruments des astrophysiciens. C'est un objet de ce type qui vient d'être révélé par l'ESO dans le système VFTS 243 dans le nuage de Magellan.

Un équilibre de courte durée

Pour le dénicher, cette équipe internationale d'astronomes, baptisée par l'ESO la "police des trous noirs", a étudié la nébuleuse de la Tarentule, une région où se forment de nombreuses étoiles, à l'aide d'un spectrographe installé sur le Très grand télescope de l'ESO. Plus de 1.000 étoiles massives ont été passées au crible pour trouver celles qui seraient susceptibles d'avoir des trous noirs comme compagnons au sein d'un système binaire où deux étoiles tournent autour l'une de l'autre.

Dans les systèmes observés jusqu'ici, l'étoile devenue trou noir est suffisamment proche de son étoile compagne pour lui "voler" sa matière, a expliqué à l'AFP Hugues Sana de l'Université de Louvain en Belgique, l'un des auteurs de l'étude. Cette matière, une fois happée, émet des rayons X, que l'on peut détecter. 

À l'inverse, le trou noir dormant découvert par les chercheurs n'en émet aucun, car "l'étoile vivante est suffisamment éloignée pour ne pas être mangée. Elle reste pour l'instant en équilibre sur cette orbite", d'une durée de 14 jours, explique l'astronome. Cet équilibre ne saurait durer, cependant, car "l'étoile vivante va grossir, et à ce moment, une partie de sa surface va être gobée par le trou noir", qui émettra alors des rayons X et donc sortira de son état dormant.

Pour être sûr que l'objet fantôme était bien un trou noir, les chercheurs ont procédé par élimination, écartant plusieurs scénarios comme celui d'une étoile perdant son enveloppe. "La seule explication raisonnable est qu'il s'agit d'un trou noir, parce qu'aucune autre étoile ne permet de reproduire ces données observationnelles", résume le chercheur.

Selon les modélisations les plus récentes, environ 2% des étoiles massives de notre galaxie sont susceptibles d'avoir un trou noir autour, soit environ 100 millions. "Pour l'heure on en connaît seulement une dizaine, tous détectés grâce à leurs émissions de rayons X, donc il nous en manque !", explique Hugues Sana.

De nouvelles clés pour comprendre l'origine des fusions des trous noirs

Ce premier trou noir stellaire dormant, d'une douzaine de fois la masse du Soleil, est une découverte importante car la communauté scientifique n'en n'avait jamais détecté alors que les astronomes sont persuadés qu'ils sont très répandus. Plusieurs candidats s'étaient présentés ces dernières années mais aucun n'avait été validé jusqu'ici.

Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives sur les processus qui accompagnent la formation des trous noirs. Les experts se demandent en particulier si l'effondrement du noyau d'une étoile massive mourante est suivi ou non d'une explosion de supernova. 

"L'étoile qui a formé le trou noir dans VFTS 243 semble s'être complètement effondrée, sans aucun signe d'explosion précédente ", explique l'un des auteurs de l'étude. " Des preuves de ce scénario d'"effondrement direct " sont apparues récemment, mais notre étude fournit sans doute l'une des indications les plus directes. Cela a d'énormes implications pour l'origine des fusions de trous noirs dans le cosmos. "

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