Une méthode de détection des exoplanètes marche aussi pour les trous noirs extragalactiques

Les trous noirs en dehors de la Voie lactée sont souvent découverts par des émissions de rayons X produites par la matière qui tombe vers eux en produisant un disque d’accrétion. Mais pour la première fois, un trou noir en dehors de notre Galaxie a été découvert en utilisant l’une des méthodes permettant celle des exoplanètes, via les mouvements oscillants qu’il produit sur son étoile hôte.

Nous savons maintenant que les trous noirs sont des objets très communs dans le cosmos observable. On pouvait s’en douter dès les années 1960, notamment après la démonstration par le prix Nobel Roger Penrose de l’inévitabilité de l’effondrement vers une solution de type trou noir des équations de la relativité générale d’une étoile suffisamment massive ayant épuisé son carburant thermonucléaire.

Aujourd’hui, les meilleurs arguments pour la présence des trous noirs sont observationnels. Le tout dernier étant celui fourni par les observations de M87* par les membres de la collaboration Event Horizon Telescope. Mais celui qui est le plus convaincant, bien que la preuve ultime ne soit pas encore entre nos mains, c’est celui fourni par l’étude des ondes gravitationnelles.

Toutefois, auparavant, on avait découvert un certain nombre de candidats au titre de trou noir grâce à l’essor de l’astronomie des rayons X, montrant que des astres compacts ne pouvant être sur la séquence principale des étoiles et accrétant de la matière arrachée à une étoile compagne avaient bien une masse supérieure à celles autorisées par la théorie des naines blanches et des étoiles à neutrons.

L’étude des mouvements de certaines étoiles au centre de la Voie lactée donnait également des informations qui ne s’expliquaient bien qu’en supposant l’existence d’un objet compact contenant environ 4 millions de masses solaires et se comportant à bien des égards comme un trou noir.

Pour la première fois, c’est une méthode similaire qui livre une preuve de l’existence d’un trou noir en dehors de notre Voie lactée, comme le montre un article d’une équipe internationale d’astronomes, publié dans le prestigieux journal MNRAS. En fait, pour être précis, c’est un avatar de la méthode des vitesses radiales utilisée pour découvrir des exoplanètes. Sauf qu’ici c’est un trou noir qui est responsable des oscillations du mouvement de l’étoile hôte, oscillations qui se manifestent sous la forme d’un décalage Doppler périodique.

Un trou noir stellaire âgé de moins de 100 millions d’années
Tout comme dans le cas de la Voie lactée, c’est le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral (VLT de l’ESO) qui a rendu cette découverte possible en observant avec l’instrument Muse (Multi Unit Spectroscopic Explorer) NGC 1850, un amas ouvert de milliers d’étoiles situé à environ 160.000 années-lumière dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie voisine de la Voie lactée.

Rappelons que les amas ouverts existent aussi dans notre Galaxie. L’un des plus célèbres est celui des Pléiades (M45). Contrairement aux amas globulaires, comme Messier 9, qui sont âgés de plus de dix milliards d’années, ces amas contiennent de jeunes étoiles, de 100 à 1.000 environ. Elles sont nées dans de gigantesques nuages moléculaires situés dans le disque de notre Voie lactée. Mais, comme beaucoup de ces étoiles jeunes sont faiblement liées gravitationnellement, elles se dispersent rapidement, de sorte que la moitié des amas ont un âge inférieur à 200 millions d’années. Certains mettent plus de temps à se dissiper et on estime que moins de 1 % d’entre eux survivent pendant deux milliards d’années. Notre Soleil a très probablement des frères et des sœurs nés avec lui et qui sont maintenant dispersés dans la Galaxie.

« Muse nous a permis d’observer des zones très encombrées, comme les régions les plus internes des amas stellaires, en analysant la lumière de chaque étoile à proximité. Le résultat net est une information sur des milliers d’étoiles en une seule fois, au moins 10 fois plus qu’avec n’importe quel autre instrument », explique ainsi dans un communiqué de l’ESO l’astronome Sebastian Kamann. Lui et ses collègues ont d’abord repéré une étoile de 5 masses solaires dont le mouvement particulier semblait signaler la présence du trou noir stellaire. Cela a été confirmé par la combinaison des données de l’Optical Gravitational Lensing Experiment de l’université de Varsovie et du télescope spatial Hubble, combinaison qui a livré pour l’objet non lumineux responsable du mouvement de l’étoile une estimation de sa masse qui est de l’ordre de 11 masses solaires. Comme l’amas NGC 1850 est âgé de moins de 100 millions d’années, le trou noir détecté ne doit pas être plus vieux.

La méthode est prometteuse et devrait nous permettre de détecter et d’étudier des populations de trous noirs stellaires dans des galaxies et des amas globulaires proches, livrant bien des secrets sur la formation de ces populations dans les galaxies. Elle sera mise en pratique avec l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO au Chili.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/trou-noir-methode-detection-exoplanetes-marche-aussi-trous-noirs-extragalactiques-86108/

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