Les astronomes ont découvert des preuves de milliers de trous noirs situés près du centre de notre galaxie de la Voie lactée en utilisant les données de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA.

Cette prime de trou noir se compose de trous noirs de masse stellaire, qui pèsent généralement entre cinq et 30 fois la masse du Soleil. Ces trous noirs nouvellement identifiés ont été trouvés à moins de trois années-lumière - une distance relativement courte à l'échelle cosmique - du trou noir supermassif au centre de notre Galaxie connu sous le nom de Sagittaire A* (Sgr A*).

Des études théoriques de la dynamique des étoiles dans les galaxies ont indiqué qu'une grande population de trous noirs de masse stellaire - jusqu'à 20, 000—pourrait dériver vers l'intérieur au fil des éons et se rassembler autour de Sgr A*. Cette analyse récente utilisant les données de Chandra est la première preuve d'observation d'une telle prime de trou noir.

Un trou noir en lui-même est invisible. Cependant, un trou noir – ou étoile à neutrons – verrouillé en orbite rapprochée avec une étoile tirera du gaz de son compagnon (les astronomes appellent ces systèmes « binaires à rayons X »). Ce matériau tombe dans un disque et chauffe jusqu'à des millions de degrés et produit des rayons X avant de disparaître dans le trou noir. Certains de ces binaires de rayons X apparaissent comme des sources ponctuelles dans l'image Chandra.

Une équipe de chercheurs, dirigé par Chuck Hailey de l'Université Columbia à New York, utilisé les données de Chandra pour rechercher des binaires de rayons X contenant des trous noirs situés près de Sgr A*. Ils ont étudié les spectres de rayons X, c'est-à-dire la quantité de rayons X observés à différentes énergies, de sources situées à environ 12 années-lumière de Sgr A*.

L'équipe a ensuite sélectionné des sources avec des spectres de rayons X similaires à ceux des binaires de rayons X connus, qui ont des quantités relativement importantes de rayons X de faible énergie. En utilisant cette méthode, ils ont détecté quatorze binaires de rayons X à environ trois années-lumière de Sgr A*. Deux sources de rayons X susceptibles de contenir des étoiles à neutrons basées sur la détection de sursauts caractéristiques dans des études antérieures ont ensuite été éliminées de l'analyse.

La douzaine de binaires de rayons X restants sont identifiés dans la version étiquetée de l'image à l'aide de cercles de couleur rouge. D'autres sources avec des quantités relativement importantes de rayons X de haute énergie sont étiquetées en blanc, et sont pour la plupart des binaires contenant des étoiles naines blanches.

Hailey et ses collaborateurs ont conclu qu'une majorité de ces douzaines de binaires à rayons X sont susceptibles de contenir des trous noirs. La quantité de variabilité qu'ils ont montrée au cours des années est différente de celle attendue pour les binaires à rayons X contenant des étoiles à neutrons.

Seuls les binaires de rayons X les plus brillants contenant des trous noirs sont susceptibles d'être détectables à la distance de Sgr A*. Par conséquent, les détections dans cette étude impliquent qu'une population beaucoup plus importante de des binaires de rayons X non détectés - au moins 300 et jusqu'à un millier - contenant des trous noirs de masse stellaire devraient être présents autour de Sgr A*.

Cette population de trous noirs avec des étoiles compagnes près de Sgr A* pourrait donner un aperçu de la formation de binaires de rayons X à partir de rencontres rapprochées entre les étoiles et les trous noirs. Cette découverte pourrait également éclairer les futures recherches sur les ondes gravitationnelles. Connaître le nombre de trous noirs au centre d'une galaxie typique peut aider à mieux prédire combien d'événements d'ondes gravitationnelles peuvent leur être associés.

Une population encore plus importante de trous noirs de masse stellaire sans étoiles compagnes devrait être présente près de Sgr A*. D'après les travaux théoriques de suivi d'Aleksey Generozov de Columbia et de ses collègues, plus d'une dizaine, 000 trous noirs et jusqu'à 40, 000 trous noirs devraient exister au centre de la Galaxie.

Alors que les auteurs sont fortement en faveur de l'explication du trou noir, ils ne peuvent pas exclure la possibilité que jusqu'à environ la moitié de la douzaine de sources observées proviennent d'une population de pulsars millisecondes, c'est à dire., étoiles à neutrons en rotation très rapide avec de forts champs magnétiques.

Un article décrivant ces résultats est paru dans le numéro du 5 avril de la revue La nature .