En 1964, un compteur Geiger fait son apparition à bord d’un fuséefusée-sonde lancée depuis Portée de missiles de White Sands au Nouveau-Mexique. Hors deatmosphèreatmosphère, le détecteur met en évidence plusieurs sources de rayons X sur la voûte céleste, dont une particulièrement intense dans la constellation du Cygne. Baptisé Cygnus X1, il devient au début des années 1970 le premier candidat sérieux au titre de trou noir.
On pense encore aujourd’hui que l’étoile compacte située à environ 7 000 années-lumière de SoleilSoleil et cela orbiteorbite clairement autour d’un étoileétoile en lui arrachant gazgaz qui vient nourrir un disque d’accrétiondisque d’accrétion autour de lui, un disque chauffé au point d’émettre des rayons X, est bien un trou noir et que c’est même un trou noir stellairetrou noir stellaire. C’est à dire que selon la théorie déjà développée par Oppenheimer et Snyder cela vient dueffondrementeffondrement gravitation d’une étoile ; L’origine de trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs d’autre part, comme celui qui est au cœur du voie Lactéevoie Lactéeest beaucoup moins clair.
Nous avons depuis détecté d’autres candidats au titre de trous noirs stellaires dans notre GalaxieGalaxienotamment ici aussi sous la forme d’un système binairesystème binaire avec une étoile alimentant un disque d’accrétion autour du trou noir. Ils contiennent généralement environ 10 massesmasses solaire.
Fait remarquable, aujourd’hui, une équipe deastronomesastronomes en utilisant les dernières données prises par le satellite d’astrométrie GaïaGaïa de la’Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne (ESA) vient de publier un article dans Astronomie et astrophysique dans lequel elle annonce la découverte d’un trou noir stellaire et sans l’aide des rayons X. Comme on peut le constater à la lecture de l’article portant le titre Découverte d’un trou noir dormant de 33 masses solaires dans la version préliminaire de l’astrométrie Gaiac’est un trou noir stellaire avec une masse record de 33 masses solaires et est le deuxième trou noir le plus proche du Système solaireSystème solaire actuellement connue à une distance du Soleil d’environ 2 000 années-lumière dans la constellation de l’Aigle.
Comme les données de Très grand télescopeTrès grand télescope (VLT) de l’Observatoire européen austral et d’autres observatoires au sol ont permis de vérifier la masse du trou noir, la découverte a également été annoncée dans un communiqué de laESOESO où l’on peut également lire plusieurs commentaires des chercheurs impliqués.
Les trous noirs font partie des objets les plus opaques de l’Univers. Mais heureusement, ils sont parmi les plus attractifs, et c’est grâce à leur pouvoir d’attraction disproportionné que l’on peut les détecter. Les trous noirs géants sont les ogres les plus monstrueux du zoo cosmique, mais ce ne sont pas des armes de destruction massive. Les jets de matière qu’ils produisent auraient contribué à éclairer les premières étoiles et à former les premières galaxies. Hubert Reeves et Jean-Pierre Luminet, spécialistes de la cosmologie contemporaine, répondent à toutes vos questions. Pour en savoir plus, visitez le site Du big bang à la vie. © Groupe ECP, YouTube
Des rayons X des trous noirs aux mouvements de Gaia
” Personne ne s’attendait à trouver un trou noir de grande masse caché à proximité, non détecté jusqu’à présent. C’est le genre de découverte qu’on ne fait qu’une fois dans sa vie de chercheur. », explique Pasquale Panuzzo, membre de la collaboration Gaia et astronome à l’Observatoire de Paris au CNRS.
Sa collègue Elisabetta Caffau, co-auteure de l’article et également membre de la collaboration Gaia à l’Observatoire Paris-CNRS, précise : « Nous avons pris la décision exceptionnelle de publier cet article sur la base de données préliminaires avant la publication prochaine des données Gaia, en raison de la nature unique de cette découverte. » Données de Gaia révélant notamment l’existence de l’étoile compacte qui fut baptisée Gaia BH3, ou BH3 en abrégé (le trou noir est appelé Trou noir, en anglais), ne devaient en effet être rendus publics qu’en 2025 au plus tôt (d’ailleurs, le trou noir le plus proche connu à ce jour a également été débusqué par Gaia, il s’agit de BH1).
Qu’est-ce qui a pu motiver une telle décision ? Le communiqué de l’ESO en donne les raisons.
La masse de BH3 est déjà atypique, puisqu’elle n’est pas dans la moyenne des masses des trous noirs stellaires observées dans la Voie Lactée comme nous l’avons vu. Elle a été déterminée, comme dans le cas de certaines exoplanètes, par la méthode des vitesses radiales. En effet, Gaia voit réellement le mouvementmouvement de l’étoile compagne de BH3 qui oscille sous l’effet de son la gravitéla gravité comme le fait une étoile en raison de la présence d’un exoplanèteexoplanète. Il suffit de détecter les déplacements spectraux par effet Dopplereffet Doppler alternativement vers le rouge et vers le bleu lorsque l’étoile s’éloigne ou se rapproche de Gaia pour dessiner la masse du corps perturbateur, même s’il était invisible comme c’est le cas de BH3.
Les astronomes ont découvert le trou noir stellaire le plus massif de notre Galaxie, grâce au mouvement d’oscillation qu’il induit sur une étoile compagne. Ce mouvement a été mesuré pendant plusieurs années par la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne. Des données supplémentaires provenant d’autres télescopes, y compris le Très grand télescope de l’ESO au Chili, a confirmé que la masse de ce trou noir, appelé Gaia BH3, est 33 fois supérieure à celle de notre Soleil. La composition chimique de l’étoile compagnon suggère que le trou noir s’est formé après l’effondrement d’une étoile massive contenant très peu d’éléments lourds, ou métaux, comme le prédit la théorie. Cette vidéo résume la découverte. Pour obtenir une traduction française assez précise, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © ESO, M. Kornmesser, L. Calçada, D. Gasparri
Un test de la théorie de la naissance des trous noirs stellaires massifs
Sa masse record remet en question les processus d’effondrement gravitationnel aboutissant à un trou noir. Selon la théorie actuelle, il s’agirait d’une étoile d’au moins 10 masses solaires, instable en fin de vie et qui explose en supernovasupernova. La quantité de masse initiale de l’étoile qui est éjectée par instabilité et bien sûr au moment de l’explosion n’est pas encore bien modélisée, de sorte que la masse résiduelle du trou noir est incertaine.
Cependant, la théorie nous dit aussi qu’une étoile contenant peu d’éléments lourds doit avoir tendance à former des trous noirs massifs. LE astrophysiciensastrophysiciens donc utilisé des données provenant notamment du spectrographespectrographe Uves (Spectrographe à échelle ultraviolette et visuelle) du VLT pour avoir une idée de la composition chimique de l’atmosphère de l’étoile hôte de BH3 et donc de sa composition.
Il s’avère que nous avons toutes les raisons de croire que les étoiles d’un système binaire naissent du même nuagenuage de matièrematière dont tous deux héritent de la composition chimique. L’étoile génitrice de BH3 doit donc avoir la même composition initiale que son étoile compagne.
De facto, les membres de la collaboration Gaia ont montré que cette étoile était pauvre en éléments lourds et avait donc un faible métallicitémétallicitécomme disent les astrophysiciens dans leur jargon (pour eux le « les métauxles métaux » les éléments sont-ils plus lourds que le lithiumlithium).
Jean-Pierre Luminet, auteur de l’ouvrage « Les trous noirs en 100 questions » aux éditions Tallandier, a donné cette conférence à la librairie Divan (Paris 15), le 10 septembre 2022. Elle concerne cet ouvrage. © Idées en science
Le système binaire avec BH3 apparaît donc comme un laboratoire pour apprendre de nouvelles choses sur les étoiles binaires et les trous noirs stellaires, comme l’explique la conclusion du communiqué de l’ESO. ” D’autres observations de ce système pourraient nous aider à en apprendre davantage sur son histoire et sur le trou noir lui-même. L’instrument Gravity de l’interféromètre VLT de l’ESO, par exemple, pourrait aider les astronomes à déterminer si ce trou noir attire la matière de son environnement et à mieux comprendre cet objet passionnant. »
