Le rythme des pulsars dévoile un trou noir de masse intermédiaire

L’amas d’étoiles 47 du Toucan. © ESO/Vista/CASU/C&E Photos
Les trous noirs de masse intermédiaire permettraient d’expliquer la présence de trous noirs supermassifs au centre des galaxies. Mais ces astres s’obstinent à nous échapper, et les quelques candidats potentiels ne font pas l’unanimité. Une étude publiée le 8 février 2017 pourrait bien mettre en lumière l’un de ces objets sombres dans l’amas globulaire 47 du Toucan.

De quelques milliers de fois la masse du Soleil, les trous noirs intermédiaires se situent entre les petits gabarits que sont les trous noirs stellaires (de quelques masses solaires, et issu de l’effondrement d’une étoile) et les monstres supermassifs nichés au centre des galaxies, pouvant dépasser le million de masses solaires. Un tel objet céleste est recherché activement car leur fusion permettrait d’expliquer l’existence des trous noirs supermassifs.

Les astrophysiciens peinent pour le moment à débusquer ce type d’astres. Mais la découverte de l’équipe de Bülent Kiziltan, publiée mercredi 8 février 2017, pourrait bien changer la donne. En utilisant une nouvelle méthode, ces chercheurs ont réussi à identifier un trou noir au sein d’un amas d’étoiles et à déterminer sa masse. Situé au centre de l’amas globulaire 47 du Toucan, la bête ferait entre 850 et 3800 fois la masse du Soleil.

Trahi par des pulsars

L’amas 47 Tucanae contient de nombreuses étoiles particulières, appelées pulsars, qui se comportent comme des phares dans l’Univers. En mesurant précisément leurs signaux, il est possible de calculer l’accélération de leur déplacement. « Comme il nous est impossible d’observer le centre de l’amas, nous avons décidé de nous concentrer sur le mouvement des étoiles et leur évolution. En comparantnos observations à des modèles, nous avons pu conclure à la très forte probabilité d’existence d’un trou noir de masse intermédiaire », explique Bülent Kiziltan.

L’étude n’est pas la première qui annonce avoir identifié un trou noir intermédiaire. « Ce qui nous différencie des autres théories qui ne pouvaient pas distinguer de façon sûr si leurs observations étaient liées à un trou noir ou à une accumulation d’étoiles, c’est que nos résultats ne peuvent être expliqué que par l’existence d’un trou noir », se défend l’astrophysicien.

Les principaux autres candidats sont repérés par de puissantes émissions de rayons X qui n’étaient expliquées jusqu’alors que par la présence de trous noirs. Cependant, en 2014, une étoile à neutrons extrêmement brillante est découverte à l’endroit où un trou noir de masse intermédiaire était attendu. Répondant au doux nom de M82 X-2, cet astre remet en question le lien quasiment automatique qui était fait entre trou noir et puissants rayons X.

Les lentilles gravitationnelles à la rescousse

« Nous allons continuer à étudier notre amas en cherchant des effets de lentilles gravitationnelles dues à la déformation importante de l’espace-temps par le trou noir », continue Bülent Kiziltan, conscient que leur découverte risque de ne pas susciter l’unanimité parmi leurs collègues — comme ce fut le cas pour les précédentes annonces de détection indirecte d’un trou noir intermédiaire…

Cependant, si la présence du trou noir intermédiaire se confirme, le puzzle de l’origine des trous noirs hypermassifs a trouvé sa première pièce. Avancée cependant trompeuse puisque l’origine de ces trous noirs intermédiaires est elle-même inconnue. Trois hypothèses sont avancée pour le moment : fusion de trous noirs stellaires ; fusion de plusieurs étoiles massives ou création lors du big bang.

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