C’est une découverte astronomique : une équipe internationale de scientifiques, dans laquelle la France a joué un rôle de premier plan, a détecté le trou noir stellaire le plus massif jamais observé dans notre galaxie. Sa masse impressionnante équivaut à 33 fois celle du Soleil, bien plus grande que ne le prédisent les modèles d’évolution stellaire. Et ce trou noir, appelé Gaia BH3, est très proche de la Terre, étant situé à moins de 2 000 années-lumière dans la constellation de l’Aigle.
À titre de comparaison, la plupart des trous noirs d’origine stellaire connus dans la Voie lactée ont une masse équivalente ou inférieure à 10 fois celle du Soleil. Gaia BH3 est ainsi le seul à posséder une masse comparable à celle des trous noirs détectés dans les galaxies lointaines via les ondes gravitationnelles. Mais il est bien plus petit que les trous noirs « supermassifs » logés au cœur des galaxies et dont on ignore l’origine. La plupart des trous noirs de notre galaxie sont appelés stellaires car ils naissent de l’effondrement d’une étoile massive qui, finissant de brûler, tombe sur elle-même.
Le satellite Gaia a détecté des anomalies dans le mouvement d’une étoile
Cette découverte a été rendue possible grâce à la sonde spatiale Gaia, de l’Agence spatiale européenne (ESA), qui a détecté des anomalies dans le mouvement d’une étoile, suggérant la présence d’un compagnon invisible massif, à savoir un trou noir. ” Gaia BH3 a été découvert grâce aux mesures effectuées par le satellite Gaia qui permettent de déterminer la distance des étoiles, leur mouvement au sein de notre galaxie et de savoir si celles que nous voyons sont des étoiles uniques ou si elles ont un compagnon. », explique Pasquale Panuzzo, du CNRS, premier auteur de l’étude publiée dans la revue Astronomie et astrophysique. Et justement, dans le cas de Gaia BH3, « nous avons vu une étoile en orbite autour d’un objet qui ne semblait pas émettre de lumière. La seule explication plausible est que cet objet sombre est un trou noir « . Les astronomes ont confirmé l’existence de Gaia BH3 en combinant les données de Gaia avec celles d’observatoires au sol, notamment le très grand télescope de l’Observatoire européen austral (ESO), situé dans le désert d’Atacama au Chili. Des relevés astrométriques et spectroscopiques de Gaia sur plusieurs années permettent d’identifier les trous noirs dits dormants, grâce aux mesures des perturbations qu’ils provoquent sur leur étoile compagne en orbite autour d’elle. Il a ainsi été possible d’identifier le trou noir endormi BH3, situé trop loin de son étoile pour pouvoir en extraire de la matière et n’émettant donc aucun rayonnement X, ce qui aurait permis de le détecter directement. Un tel « système binaire », composé du trou noir Gaia BH3 et d’une étoile très pauvre en métaux, révèle que cette dernière est très ancienne. Et très rare aussi, puisque ce type d’étoiles antérieures à la génération de notre Soleil ne représente qu’environ 1% des étoiles de notre Voie Lactée. La découverte d’un phénomène aussi exceptionnel est même, selon Pasquale Panuzzo, le fruit du hasard : « J’ai découvert ce système binaire exceptionnel en vérifiant la qualité des orbites des systèmes binaires trouvés par une version préliminaire du logiciel de traitement de données astrométriques écrit par mes collègues. »
La nature de ce trou noir est déconcertante
Mais le point majeur de cette découverte est qu’elle permet d’établir le lien entre les observations faites avec les télescopes à ondes gravitationnelles dans les galaxies lointaines et les nôtres. Cela conforte l’hypothèse selon laquelle les trous noirs de masse élevée détectés dans ces galaxies ont été produits par l’effondrement d’étoiles primitives massives et pauvres en métaux. ” Quelques modèles d’évolution stellaire, explique Pasquale Panuzzo, prédire que des trous noirs stellaires aussi massifs ne peuvent être produits que par un type spécifique d’étoile, appelé étoile « pauvre en métaux ».“, OMS‘estt formé au début de la formation de notre galaxie. L’étoile progénitrice de Gaia, BH3, est exactement de ce type. » Et comme si tout cela ne suffisait pas, les mesures de Gaia ont également mis en évidence un autre phénomène : ce couple Gaia BH3 et l’étoile qui l’accompagne orbitent dans le sens opposé aux étoiles du disque galactique.
La nature de Gaia BH3 est si déconcertante que l’équipe de chercheurs a décidé de rendre les données disponibles très tôt pour permettre à d’autres astronomes d’étudier ce trou noir et son histoire, sans attendre la publication complète des données, prévue fin 2025-début 2025. de 2026. La découverte de ce trou noir à une distance relativement petite à l’échelle de notre galaxiesouligne Pasquale Panuzzo, pose la question de la fréquence de ces trous noirs. Avec la prochaine publication des données Gaia, nous aurons une image plus claire du problème, mais sûrement aussi de nombreuses autres surprises fascinantes. »
