Les trous noirs sont une partie importante de la façon dont les astrophysiciens donnent un sens à l'univers, si important que les scientifiques ont essayé de recenser tous les trous noirs de la galaxie de la Voie lactée.

Mais de nouvelles recherches montrent que leur recherche aurait pu manquer une classe entière de trous noirs dont ils ignoraient l'existence.

Dans une étude publiée aujourd'hui dans la revue Science , les astronomes offrent une nouvelle façon de rechercher des trous noirs, et montrer qu'il est possible qu'il existe une classe de trous noirs plus petits que les plus petits trous noirs connus dans l'univers.

"Nous montrons cet indice qu'il existe une autre population que nous n'avons pas encore vraiment sondé dans la recherche de trous noirs, " a déclaré Todd Thompson, professeur d'astronomie à l'Ohio State University et auteur principal de l'étude.

"Les gens essaient de comprendre les explosions de supernova, comment les étoiles noires supermassives explosent, comment les éléments se sont formés dans les étoiles supermassives. Donc si nous pouvions révéler une nouvelle population de trous noirs, ça nous en dirait plus sur les étoiles qui explosent, qui ne le font pas, qui forment des trous noirs, qui forment les étoiles à neutrons. Cela ouvre un nouveau domaine d'étude."

Imaginez un recensement d'une ville qui ne comptait que des personnes de 5'9" et plus - et imaginez que les recenseurs ne savaient même pas que des personnes de moins de 5'9" existaient. Les données de ce recensement seraient incomplètes, donnant une image inexacte de la population. C'est essentiellement ce qui s'est passé dans la recherche de trous noirs, dit Thompson.

Les astronomes recherchent depuis longtemps des trous noirs, qui ont des attraits gravitationnels si féroces que rien—pas d'importance, pas le rayonnement - peut s'échapper. Des trous noirs se forment lorsque certaines étoiles meurent, se replier sur eux-mêmes, et exploser. Les astronomes ont également recherché des étoiles à neutrons - petites, étoiles denses qui se forment lorsque certaines étoiles meurent et s'effondrent.

Les deux pourraient contenir des informations intéressantes sur les éléments sur Terre et sur la façon dont les étoiles vivent et meurent. Mais pour découvrir cette information, les astronomes doivent d'abord déterminer où se trouvent les trous noirs. Et pour savoir où sont les trous noirs, ils ont besoin de savoir ce qu'ils recherchent.

Un indice :les trous noirs existent souvent dans ce qu'on appelle un système binaire. Cela signifie simplement que deux étoiles sont suffisamment proches l'une de l'autre pour être verrouillées ensemble par gravité dans une orbite mutuelle l'une autour de l'autre. Quand une de ces étoiles meurt, l'autre peut rester, toujours en orbite autour de l'espace où vivait autrefois l'étoile morte - maintenant un trou noir ou une étoile à neutrons -, et où un trou noir ou une étoile à neutrons s'est formé.

Pendant des années, les trous noirs que les scientifiques connaissaient avaient tous environ cinq à 15 fois la masse du soleil. Les étoiles à neutrons connues ne sont généralement pas plus grosses qu'environ 2,1 fois la masse du soleil - si elles étaient au-dessus de 2,5 fois la masse du soleil, ils s'effondreraient dans un trou noir

Mais à l'été 2017, une enquête appelée LIGO - l'observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser - a vu deux trous noirs fusionner dans une galaxie à environ 1,8 milliard d'années-lumière. L'un de ces trous noirs était environ 31 fois la masse du soleil; l'autre environ 25 fois la masse du soleil.

"Immédiatement, tout le monde était comme 'wow, ' parce que c'était une chose tellement spectaculaire, " a déclaré Thompson. " Non seulement parce que cela a prouvé que LIGO a fonctionné, mais parce que les masses étaient énormes. Les trous noirs de cette taille sont un gros problème, nous ne les avions jamais vus auparavant."

Thompson et d'autres astrophysiciens soupçonnaient depuis longtemps que les trous noirs pourraient avoir des tailles en dehors de la plage connue, et la découverte de LIGO a prouvé que les trous noirs pouvaient être plus gros. Mais il restait une fenêtre de taille entre les plus grosses étoiles à neutrons et les plus petits trous noirs.

Thompson a décidé de voir s'il pouvait résoudre ce mystère.

Lui et d'autres scientifiques ont commencé à passer au peigne fin les données d'APOGEE, l'expérience d'évolution galactique de l'observatoire Apache Point, qui a collecté des spectres lumineux d'environ 100, 000 étoiles à travers la Voie lactée. Les spectres, Thompson s'est rendu compte, pourrait montrer si une étoile pourrait être en orbite autour d'un autre objet :changements dans les spectres - un changement vers des longueurs d'onde plus bleues, par exemple, suivi d'un passage à des longueurs d'onde plus rouges - pourrait montrer qu'une étoile était en orbite autour d'un compagnon invisible.

Thompson a commencé à passer au peigne fin les données, à la recherche d'étoiles qui ont montré ce changement, indiquant qu'ils pourraient être en orbite autour d'un trou noir.

Puis, il a réduit les données APOGEE à 200 étoiles qui pourraient être les plus intéressantes. Il a donné les données à un associé de recherche diplômé de l'Ohio State, Tharindu Jayasinghe, qui a compilé des milliers d'images de chaque système binaire potentiel d'ASAS-SN, le relevé automatisé All-Sky pour les supernovae. (ASAS-SN en a trouvé 1, 000 supernovae, et est exécuté hors de l'État de l'Ohio.)

Leur analyse des données a trouvé une étoile rouge géante qui semblait être en orbite autour de quelque chose, mais ce quelque chose, sur la base de leurs calculs, était probablement beaucoup plus petit que les trous noirs connus de la Voie lactée, mais bien plus grosse que la plupart des étoiles à neutrons connues.

Après plus de calculs et des données supplémentaires du Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph et du satellite Gaia, ils ont réalisé qu'ils avaient trouvé un trou noir de faible masse, probablement environ 3,3 fois la masse du soleil.

"Ce que nous avons fait ici, c'est proposer une nouvelle façon de rechercher des trous noirs, mais nous avons également potentiellement identifié l'un des premiers d'une nouvelle classe de trous noirs de faible masse que les astronomes n'avaient pas connus auparavant. et ils nous parlent de leur nature.