Dans l'illustration de cet artiste, un trou noir de masse intermédiaire au premier plan déforme la lumière de l'amas d'étoiles globulaire à l'arrière-plan. De nouvelles recherches suggèrent qu'un 2, 200 trou noir de masse solaire réside au centre de l'amas globulaire 47 Tucanae. Crédit :CfA / M. Weiss
Tous les trous noirs connus se répartissent en deux catégories :petits, des trous noirs de masse stellaire pesant quelques Soleils, et des trous noirs supermassifs pesant des millions ou des milliards de Soleils. Les astronomes s'attendent à ce que les trous noirs de masse intermédiaire pesant 100 - 10, 000 Soleils existent aussi, mais jusqu'à présent, aucune preuve concluante de ces poids moyens n'a été trouvée. Aujourd'hui, les astronomes annoncent de nouvelles preuves qu'un trou noir de masse intermédiaire (IMBH) pesant 2, 200 Soleils se cachent au centre de l'amas globulaire 47 Tucanae.
"Nous voulons trouver des trous noirs de masse intermédiaire parce qu'ils sont le chaînon manquant entre la masse stellaire et les trous noirs supermassifs. Ils peuvent être les graines primordiales qui sont devenues les monstres que nous voyons aujourd'hui au centre des galaxies, " déclare l'auteur principal Bulent Kiziltan du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).
Ce travail paraît dans le 9 février, 2017, numéro de la prestigieuse revue scientifique La nature .
47 Tucanae est un amas d'étoiles de 12 milliards d'années situé 13, 000 années-lumière de la Terre dans la constellation australe de Tucana le Toucan. Il contient des milliers d'étoiles dans une boule d'environ 120 années-lumière de diamètre. Il contient également environ deux douzaines de pulsars qui ont été des cibles importantes de cette enquête.
47 Tucanae a déjà été examiné pour un trou noir central sans succès. Dans la plupart des cas, un trou noir est trouvé en recherchant des rayons X provenant d'un disque chaud de matière tourbillonnant autour de lui. Cette méthode ne fonctionne que si le trou noir se nourrit activement de gaz à proximité. Le centre de 47 Tucanae est sans gaz, affamer efficacement tout trou noir qui pourrait s'y cacher.
Cette conception d'artiste montre une autre représentation du trou noir de masse intermédiaire qui pourrait se cacher au centre de l'amas globulaire 47 Tucanae. Crédit :B. K?z?ltan &T. Karacan
Le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée trahit également sa présence par son influence sur les étoiles proches. Des années d'observations infrarouges ont montré une poignée d'étoiles dans notre centre galactique fouettant un objet invisible avec une forte traction gravitationnelle. Mais le centre surpeuplé de 47 Tucanae rend impossible l'observation des mouvements des étoiles individuelles.
La nouvelle recherche repose sur deux sources de données. Le premier concerne les mouvements globaux des étoiles dans l'ensemble de l'amas. L'environnement d'un amas globulaire est si dense que les étoiles plus lourdes ont tendance à couler au centre de l'amas. Un IMBH au centre de l'amas agit comme une "cuillère" cosmique et remue le pot, provoquant ces étoiles à lancer des frondes à des vitesses plus élevées et à de plus grandes distances. Cela donne un signal subtil que les astronomes peuvent mesurer.
En utilisant des simulations informatiques des mouvements et des distances stellaires, et en les comparant avec des observations en lumière visible, l'équipe trouve des preuves de ce type d'agitation gravitationnelle.
La deuxième ligne de preuves vient des pulsars, restes compacts d'étoiles mortes dont les signaux radio sont facilement détectables. Ces objets sont également projetés par la gravité de l'IMBH central, les faisant se trouver à des distances plus grandes du centre de l'amas que ce à quoi on pourrait s'attendre si aucun trou noir n'existait.
Combiné, cette preuve suggère la présence d'un IMBH d'environ 2, 200 masses solaires dans 47 Tucanae.
Puisque ce trou noir a échappé à la détection pendant si longtemps, des IMBH similaires peuvent se cacher dans d'autres amas globulaires. Les localiser nécessitera des données similaires sur les positions et les mouvements des étoiles et des pulsars au sein des amas.
